具有第一电机和第二电机的驱动单元的制作方法

专利名称：具有第一电机和第二电机的驱动单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动单元，其用于将工作元件相对于第一壳体元件旋转运动且直 线运动，其中驱动单元具有第一电机和第二电机。
背景技术：
这种类型的驱动单元可以在多方面应用，其使得两个物体能够彼此相对旋转且同 时和/或与之不相关地彼此相对地直线移动。典型的应用领域是螺旋封闭器，其在用于自动封闭饮料瓶的设备中应用。为此工 作元件(通常是旋转对称的轴)与一个封闭头关于工作元件的旋转轴线以不能相对旋转且 沿轴向不能相对移动的方式耦合。封闭头与相应的饮料容器(例如PET或玻璃瓶)的形状 相适配。通过工作元件和因此封闭头相对于第一壳体元件旋转或直线移动，相对于第一壳 体元件不可运动地设置的饮料容器能够被封闭。在此必须确保，封闭盖被一直拧接到其终 端位置，从而饮料容器中的液体直至允诺的失效日充分地相对于环境因素如环境空气和细 菌密封。此外所谓的印章戒指必须被无损坏地操作并且形锁合地卡住。此外对于瓶子使用 者而言拧接力矩不应当过高。这样的螺旋封闭件的生产率可以是直至65000个瓶子/每小 时。同类型的驱动单元的其它应用领域是两个或多个机器件的拧接，其设有各一个内 螺纹或外螺纹或贯通孔。例如在此提及将螺钉旋入螺纹孔中，其中在该应用中通常也需要 在拧入扭矩方面的过程监控，例如对于在车辆或飞机工业中对于安全重要的构件而言。同类型的驱动单元的其它应用领域在自动化技术例如在装配和检查自动机中，或 者在电子生产设备如在装料自动机或在线测试仪中。由DE 100 25 351 Al已知一种同类型的驱动单元，其中该设备具有一个直线电机 和一个旋转电机。DE 100 25 351 Al的不仅直线电机而且旋转电机通过在工作元件(在此 情况下是旋转对称的轴)上设置的永久磁铁以及包围永久磁铁的设置在壳体中的线圈构 成。为了在工作元件的可能的行程上确保电机的恒定的驱动功率，构成在永久磁铁和线圈 之间的圆柱形的气隙面必须始终保持恒定。这在DE 100 25 351A1中如此实现，即永久磁 铁的轴向长度比线圈的轴向长度大出最大行程的值。因此然而产生高的费用，构造和装配 是麻烦的并且所需要的轴向构造空间是大的。

发明内容
本发明的任务在于提供一种开头所述类型的驱动单元，其克服上述缺点。上述任务根据本发明通过独立权利要求的特征实现。为此根据本发明的驱动单元 的特征在于一种用于将工作元件相对于第一壳体元件旋转和直线运动的驱动单元，其中驱 动单元具有第一和第二电机，驱动单元的特征在于设有支承装置，其使得对于第一电机和/ 或第二电机而言能够实现，在工作元件相对于第一壳体元件直线运动时该电机的初级件和 次级件彼此以沿轴向不能相对移动的方式设置。因为在这种电机中在驱动单元的工作期间尽管工作元件相对于第一壳体元件直线移动，在初级件和次级件之间在轴向方向上(即沿 着工作元件的旋转轴线)的直线移动不会实现，所以由现有技术已知的初级件或次级件的 轴向超出不再需要。因此对于至少一个电机而言，初级件的轴向长度可以选择成等于次级 件的轴向长度。用于初级件和次级件的费用和因此用于电机的费用因此降低了，简化了结 构和构造，并且减小了电机的轴向构造空间。本发明的这方面根据本发明的第一表现形式如此实现，即支承装置包含第一丝杆 和第一螺母，其中第一螺母相对于第一壳体元件以沿着轴向不能相对移动的方式布置并且 与第一电机的初级件或次级件以不能相对旋转的方式耦合。丝杆可以与螺母相结合将旋转转换成平移运动。根据本发明，丝杆的平移运动或 直线运动仅仅能够通过螺母的转动达到。螺母因此仅仅必须围绕丝杆的轴线支承并且能够 关于丝杆的轴线沿着轴向不能相对移动地布置。根据本发明螺母应当现在相对于第一壳体元件沿着轴向不能相对移动地布置。丝 杆的平移运动可以因此实现，而待驱动的机器元件(即螺母)无需相对于第一壳体元件轴 向移动。通过第一电机与丝杆和螺母的耦合，特别是通过螺母与第一电机的初级件或次级 件以不能相对旋转的方式耦合，在工作元件的直线运动时初级件相对于次级件的轴向可移 动性是不需要的。因此第一电机的初级件和次级件的轴向长度可以选择成相同的。用于 初级件或次级件的费用和因此用于第一电机的费用总体上因此被减小了，简化了结构和构 造，并且减小了电机的轴向构造空间。此外有利的是，通过丝杆或螺母的螺矩达到在电机转速和工作元件的速度之间的 规定的转换。通过选择相应的螺矩因此可能的是，将电机在给定的工作元件的速度时靠近 或在其最佳工作点上工作。本发明的该方面根据本发明的第二表现形式如此实现，即支承装置包含与第二电 机耦合的直线轴承，其中第二电机是扭矩电机。利用直线轴承，两个机器构件能够彼此相对直线移动地支承，即这两个机器构件 相互之间能够实现平移运动。这两个机器构件的相对旋转然而被阻止。通常直线轴承由一 个具有凹凸轮廓的轴和一个包围轴的具有相应凹凸轮廓的套筒构成。该轴在套筒中可直线 移动，然而轴和套筒的凹凸轮廓使得能够实现扭矩传递。如果现在例如套筒被置入旋转运 动，那么轴同样也被转动。根据本发明这点如此被利用，即通过这种直线轴承能够将旋转运动传递到与轴相 对应的工作元件上，即通过这种方式例如包围工作元件的套筒借助于一个电机被置于旋 转运动中。因为套筒然而在工作元件直线运动时相对于第一壳体元件无需轴向移动，所以 该电机的初级件和次级件的轴向长度可以选择成相同的。旋转的驱动元件即与工作元件的 直线运动脱耦。用于初级件或次级件的费用和因此用于第二电机的费用因此总体被减小 了，简化了结构和构造，并且减小了第二电机的轴向构造空间。本发明的该方面根据本发明的第三表现形式如此实现，即支承装置具有一个相对 于第一壳体元件单元的第二壳体元件，其中在第二壳体元件中设置第二电机并且第二壳体 元件通过第一电机相对于第一壳体元件可直线移动。虽然通过该表现形式首先复杂的结构是必要的，因为需要单独的第二壳体元件。这缺点然而至少由此被补偿，即现在在第二壳体元件中能够安装第二电机，在此情况下仅 仅对于工作寿命的旋转驱动而言，并且第二电机能够相对于第二壳体元件与第一电机的可 能的直线运动无关地工作。因此也在本发明的该表现形式中能够实现，即一个电机特别是第二电机的初级件 和次级件能够选择成相同长度的。旋转的驱动元件即与工作元件的直线运动脱耦。用于初 级件或次级件的费用和因此用于第二电机的费用因此总体被减小了，简化了结构和构造， 并且减小了第二电机的轴向构造空间。本发明的该方面的表现形式的构造在从属权利要求中给出。接下来描述第一表现形式的多个实施例。根据第一表现形式的一个实施例，第一电机是第一扭矩电机。扭矩电机是旋转电 机，即产生旋转运动。初级件和次级件彼此同心布置。通常这种电机类型含铁的和开槽的。 然而替代地也可以应用无铁的电机。可以考虑一方面作为内转子的构造方式，即定子设置 在转子的径向外部。当然也可以考虑作为外转子的构造方式，即转子设置在定子的径向外 部。根据第一表现形式的一个实施例，扭矩电机的一个次级件设置在第一螺母上和/ 或第一壳体元件具有一个圆柱形的开口，在开口的内表面上设置扭矩电机的一个初级件。 它在此是一个内转子，因为转子(在此是螺母)设置在定子(在此是第一壳体元件)内部。 第一扭矩电机应当在此尽可能构成为旋转对称的，从而它相应地安装在第一壳体元件的圆 柱形的开口中。在此也可以考虑，初级件和/或次级件通过圆弓形式的分段构成。圆柱形 的开口能够在此构成第一壳体元件的一个主要部分，即第一元件在此情况下基本上由空心 圆柱体构成。在此也可以考虑的是，圆柱形的开口仅仅构成第一壳体元件的一部分。在此 原则上适用于本发明的所有表现形式的是，第一壳体元件可以构成为封闭的、半开的或敞 开的并且基本上用作工作元件的运动的参考点。根据第一表现形式的另外一个实施例，次级件通过大范围地设置在第一螺母上的 永久磁铁构成和/或初级件通过大范围地设置在开口的内表面上的线圈构成。通过转子 (即螺母)与次级件组合，能够放弃滑动触点的应用。在此特别是可以涉及一种永久磁铁激 励的同步电机。永久磁铁可以是基于稀土的磁铁。根据第一表现形式的另外一个实施例，初级件和次级件的轴向长度是等长的。根 据本发明的优点因此完全起了作用，即使当出于结构或制造技术的原因可设想这些轴向长 度的细微差别时，并且这也在本发明的范围内。根据第一表现形式的另外一个实施例，第二电机是第二扭矩电机。这能够原则上 如第一扭矩电机地构成。因为通过与第一丝杆和第一螺母耦合的第一电机业已能够实现一 个直线运动，所以第二电机能够仅仅用于产生旋转运动。根据第一表现形式的另外一个实施例，第二扭矩电机的次级件与工作元件以不能 相对旋转且沿轴向不能相对移动的方式耦合和/或第一壳体元件具有一个圆柱形的开口， 在开口的内表面上设置第二扭矩电机的初级件。在此可以涉及非常简单的构造，以便能够 实现工作元件的旋转运动。根据第一表现形式的另外一个实施例，第二扭矩电机的次级件通过大范围地设置 在工作元件或与工作元件以不能相对旋转且不能相对移动的方式连接的适配元件上的永
5久磁铁构成和/或第二扭矩电机的初级件通过大范围地设置在第一壳体元件的开口的内 表面上的线圈构成。永久磁铁能够例如直接安装在工作元件的圆柱形的部段上，例如通过 粘结以材料锁合的方式。也可以考虑应用适配元件，以便例如在预定的期望的在初级件和 次级件之间的气隙宽度时将工作元件的圆柱形的部段的直径与第一壳体元件的开口的内 表面的直径适配。根据第一表现形式的另外一个实施例，第二扭矩电机与一个直线轴承耦合。在这 种情况下根据本发明的业已在第一电机中起作用的优点也在第二电机中有效。相应地通过 直线轴承，第二电机的初级件和次级件能够构成为等长的。特别是第二扭矩电机的永久磁 铁能够大范围地设置在直线轴承的一个滑移套筒上和/或第一壳体元件具有一个圆柱形 的开口，在该开口的内表面上大范围地设置第二扭矩电机的线圈。通过直线轴承，通过第 一电机产生的直线运动与通过第二电机产生的旋转运动是不相关的。与此相对，在通过第 二电机产生旋转时必须采取第一电机的相应的反作用的校正运动，以便阻止同时的直线运 动。根据第一表现形式的另外一个实施例，第二扭矩电机与一个第二丝杆和一个第二 螺母耦合，其中第二螺母相对于第一壳体元件沿轴向不能相对移动地设置并且与第二电机 的初级件或次级件以不能相对旋转的方式耦合。通过这个实施例也达到，根据本发明的业 已在第一电机中起作用的优点也在第二电机中有效。在此也有利的是，两个电机可以非常 类似或结构相同地构成。需要注意的是，在此工作元件的旋转运动和直线运动不是彼此不 相关的。反而，两个运动分别通过两个电机的重叠的控制产生。在此可以考虑，第一丝杆的 螺纹和第二丝杆的螺纹构成为反向的。在这种情况下工作元件的纯旋转可以由此达到，即 两个电机和因此两个螺母以相同的转速同方向旋转。在这种情况下工作元件的纯直线运动 可以由此达到，即两个电机和因此两个螺母以相同的转速反方向旋转。类似于第一扭矩电 机的构造，第二扭矩电机的一个次级件设置在第二螺母上和/或第一壳体元件具有一个圆 柱形的开口，在其内表面上设置第二扭矩电机的一个初级件。特别是，次级件能够通过大范 围地设置在第二螺母上的永久磁铁构成和/或第二扭矩电机的初级件通过大范围地设置 在第一壳体元件的开口的内表面上的线圈构成。根据第一表现形式的另外一个实施例，第二电机设置在一个与第一壳体元件分离 的第二壳体元件中，其中第二壳体元件与第一丝杆以不能相对旋转且沿轴向不能相对移动 的方式连接。此外根据本发明的业已在第一电机中起作用的优点也在第二电机中有效。从 而支承在第二壳体元件中的第二电机能用于仅仅产生旋转。第二电机的构造，特别是初级 件和次级件的轴向长度，因此与通过第一电机实现的可能的直线运动无关。因此能够实现 划分成第一电机的直线运动和第二电机的旋转运动。接下来描述第二表现形式的实施例。根据第二表现形式的一个实施例，第一电机是直线电机。它在此能够例如是螺线 管电机。螺线管电机的特征在于，其驱动力与相应的旋转位置无关。根据第二表现形式的另外一个实施例，直线电机的次级件与工作元件以不能相对 旋转且沿轴向不能相对移动的方式耦合和/或第一壳体元件具有一个圆柱形的开口，在该 开口的内表面上设置直线电机的初级件。由于在次级件和初级件之间的可能的直线移动， 该直线电机的初级件和次级件的轴向长度然而可以选择成不同长度的。准确地说，两个元件的轴向长度之差必须为工作元件的最大可能的直线行程。根据第二表现形式的另外一个实施例，直线电机的次级件通过大范围地设置在工 作元件或与工作元件以不能相对旋转且不能相对移动的方式连接的适配元件上的永久磁 铁构成和/或直线电机的初级件通过大范围地设置在开口的内表面上的线圈构成。适配元 件能够例如通过被推套在工作元件上的套筒构成。也可能的是，适配元件附加地或替代地 包含一个轴。适配元件能够因此由多个零件构成。根据第二表现形式的另外一个实施例，第二扭矩电机的次级件与工作元件以不能 相对旋转的方式耦合和/或第一壳体元件具有一个圆柱形的开口，在该开口的内表面上设 置第二扭矩电机的初级件。即使原则上当第二扭矩电机能够安装在一个第二壳体元件中 时，该结构也为一种特别简单的构造。根据第二表现形式的另外一个实施例，第二扭矩电机的次级件通过大范围地设置 在滑移套筒上的永久磁铁构成和/或第二扭矩电机的初级件通过大范围地设置在开口的 内表面上的线圈构成。接下来描述第三表现形式的实施例。根据第三表现形式的一个实施例，第二扭矩电机的次级件与工作元件以不能相对 旋转的方式耦合和/或第二壳体元件具有一个圆柱形的开口，在该开口的内表面上设置第 二扭矩电机的初级件。第二扭矩电机能够在此仅仅用于产生旋转运动。根据第三表现形式的另外一个实施例，第二扭矩电机的次级件通过大范围地设置 在工作元件或与工作元件不能相对旋转地连接的适配元件上的永久磁铁构成和/或第二 扭矩电机的初级件通过大范围地设置在第二壳体元件的开口的内表面上的线圈构成。此外 可能的是，永久磁铁不能相对移动地设置在工作元件或适配元件上。 接下来描述用于所有表现形式的实施例。根据一个实施例，存在至少一个位移和/或角度测量系统。位移和/或角度测量 系统能够例如是一个组合的磁阻的或感应的位移和/或角度测量系统。它至少包含一个实 物量具(其例如设有在纵向方向上和在圆周方向上的槽)以及至少一个探测头，在探测头 中安装相应的传感器。根据一个另外的实施例，存在一个扭矩或力测量系统，其包含电流测量装置。特别 是扭矩或力测量系统构成为无相应的传感器和无扭矩限定离合器。这根据本发明如此实 现，即测量和监测相应的电流调节回路(其作为串联的电流、速度及支承调节回路原本存 在)的电流实际值。在此如此利用，即在伺服驱动装置中电流实际值与相应的电机力或相 应的电机力矩成比例。在此“低于电流实际值的极限值”解释成未按照规定拧接的元件(例 如用于饮料容器的封闭盖)。相反，“超出电流实际值的极限值”解释成过分固定拧接的元 件。电机力矩M经由力矩常数KM按照如下方式与电机电流I相关联M = KM * I。电机力 F经由力常数KF按照如下方式与电机电流I相关联F = KF * I。根据一个另外的实施例，存在至少一个径向和/或轴向轴承用于第一丝杆和/或 第二丝杆和/或工作元件的支承。径向和/或轴向轴承用于将所述的机器元件相对于第一 或第二壳体元件这样支承，使得机器元件能够实施旋转运动。径向和/或轴向轴承例如可 以是滑动轴承或滚动轴承，特别是径向推力球轴承例如双列的径向推力球轴承。即使当具 有例如一个双列的径向推力球轴承的唯一的支承位置是足够的时，根据本发明的驱动单元
7通常具有两个支承位置。滚动轴承优选被预紧，以便减小径向间隙和因此形成的振动，由此 减小磨损，并且以便此外提高精度。根据一个另外的实施例，工作元件和/或第一丝杆和/或第二丝杆在背对第一电 机的一侧是密封的。在此可以涉及一种打滑的接触的轴密封或无接触的迷宫式密封。根据 本发明的驱动单元因此能够以简单的方式有效地被清洁。根据一个另外的实施例，存在一个与第一电机和第二电机不相关的制动器。这种 制动器特别是对于这样的情况是必要的，即根据本发明的驱动单元应当垂直布置时。对于 紧急情况或断电情况，应当实现保险的力锁合的制动。在此可以是电、液压、气动或克服弹 簧力预紧的制动器。替代地也可以替代制动器，借助于配重或借助于弹簧或气压弹簧实现 重量平衡，。也可能的是这样的制动系统，其工作方式与永久磁铁的吸引力相关。在这些类 型的系统重无需供给能量(电流、压缩空气等)，即这些系统也可以应用作突然断电时的安 全装置。根据一个另外的实施例，其中至少一个电机是电伺服电机。这意味着，属于电机的 控制装置和所属的变流器整合在电机壳体内部。特别是当多个根据本发明的工作单元设置 在一个共同的旋转的机器构件上时，由此能够避免繁琐的滑环。替代地，控制装置和变流器 在电机壳体外部和特别是背对工作元件地且必要时与电机壳体连接地布置。控制装置的电 子构件组和变流器应当安装或保护在一个尽可能对水密封的且对压力密封的特种钢壳体 中，从而清洁及消毒液体或气体不能进入。根据另外一个实施例，工作元件可与用于饮料容器的封闭头耦合。封闭头与相应 的饮料容器相适配并且能够简单地更换。根据另外一个实施例，至少工作元件具有一个钻 孔以用于推出位于封闭头中的封闭盖。一个相应的推出器能够穿过钻孔推出未按照规定拧 接的封闭盖。必要时，第一和/或第二丝杆或其它的机器元件具有相应的钻孔。


本发明的实施例接下来借助于附图阐述。在此示出
图1根据第一实施例的驱动单元；
图2根据第二实施例的驱动单元；
图3根据第三实施例的驱动单元；
图4根据第四实施例的驱动单元；
图5根据第五实施例的驱动单元；并且
图6根据第六实施例的驱动单元。
具体实施例 图1示出根据本发明的第一表现形式的第一实施例的驱动单元。在由优质钢制成 的壳体1中设置一个第一丝杆2以及一个工作元件3作为中心元件。丝杆2可以是滚珠丝 杆、滚子丝杆或梯形丝杆。工作元件3由一个旋转对称的轴构成，其与第一丝杆2同轴地布 置。第一丝杆2和驱动单元3彼此以不能相对旋转且不能相对移动的方式连接(例如拧接、 夹紧或通过其它的方式力锁合地、形锁合地或材料锁合地连接)。第一丝杆2配备一个第一 螺母6。第一螺母6通过一个预紧的滚动轴承4可旋转地支承在第一壳体元件1中。为此
8第一螺母6与滚动轴承4的内环4b以不能相对旋转且不能相对移动的方式连接。滚动轴 承4在此是多列的滚动轴承，即双列的径向推力球轴承。滚动轴承4的外环如通过压紧配 合以不能相对旋转且不能相对移动的方式设置在第一壳体元件1的内表面5上。由初级件7a和次级件7b构成的第一电机7设置在第一螺母6和第一壳体元件1 之间。特别是初级件7a在第一壳体元件1的内表面5上以不能相对旋转且不能相对移动 的方式设置。而次级件7b在第一螺母6上以不能相对旋转且不能相对移动的方式设置，并 且在初级件7a和次级件7b之间构成第一电机7的气隙。第一电机7通过驱动螺母6产生 工作元件3的直线运动。不仅初级件7a而且次级件7b相对于第一壳体元件1沿着轴向不 能相对移动地设置，即初级件7a和次级件7b也彼此沿着轴向不能相对移动地布置。由初级件8a和次级件8b构成的第二电机8设置在工作元件3和第一壳体元件1 之间。初级件8a以不能相对旋转且不能相对移动的方式与第一壳体元件1直接连接，而次 级件8b经由适配元件9与工作元件3以不能相对旋转且不能相对移动的方式连接。适配 元件9通过一个套筒构成。原则上也可以考虑次级件8b和工作元件3的直接连接。为了 即使在工作元件3直线移动时在初级件8a和次级件8b之间的轴向重叠也保持相同大小， 以便将构成扭矩的气隙面保持恒定，次级件8b的轴向长度大于初级件8a的轴向长度。也 可以考虑的是，次级件8b的轴向长度小于初级件8a的轴向长度。第二电机8产生工作元 件3的旋转运动，其然而在无螺母6的相应反作用的校正运动的情况下也导致工作元件3 的直线移动。因此两个运动可能性不是彼此不相关的。丝杆2的旋转通过角度测量系统10测定。工作元件3的角位置通过另外的具有 实物量具的角度测量系统11测定，其关于直线运动是不敏感的。与第一及第二电机不相关地工作的紧急制动器13与工作元件3耦合。替代紧急 制动器13，也可以设置一个预紧的压簧，其作为在断电或其它的机械故障时防止坠落的保 护装置和用于补偿重力。在工作元件3的背对电机的端部上设置一个封闭元件14，其与相应的饮料容器的 封闭件相协调。工作元件3在其背对电机的端部上设有一个密封件15，以便避免污物渗入 第一壳体元件1中。优选第一壳体元件1具有一个旋转对称的壳体面，其具有少的或不具有任何根 切、开口或钻孔。由此可以以非常良好且简单的方式有效地清洁。所有的壳体构件(工作 元件、螺钉和电缆拧接件)由耐酸碱的奥氏体钢制成。同样的或同作用的元件在下面的附图中设有相同的附图标记，从而与之相关地参 考附图1的描述。图2示出根据本发明的第一表现形式的第二实施例的驱动单元。工作元件3与四 边形或多边形轴16以不能相对旋转且沿轴向不能相对移动的方式连接，该四边形或多边 形轴又在一个所谓的直线轴承17中被引导。直线轴承17包含一个配备滚珠列的滑移套筒 18并且如此构成，使得它允许一个低摩擦的直线的运动，并且经由滚珠列能够形锁合地将 通过第二电机的次级件8b实现的旋转运动压入(eingepragt)四边形或多边形轴16中。 为了导致工作元件3的纯直线运动，第一电机7驱动螺母6并且第二电机8同时产生一个相 应的反转扭矩，从而螺母6的旋转仅仅转换成工作元件3的直线运动。第二电机8的初级 件8a与第一壳体元件1不能相对旋转地且沿轴向不能相对移动地连接。第二电机8的次级件8b与滑移套筒18不能相对旋转地且沿轴向不能相对移动地连接。通过滑移套筒18， 初级件8a和次级件8b能够在轴向长度上构成为等长的。次级件8b，即转子，其角位置经由一个角度测量系统19测定，借助于滑移套筒18 支承在一个径向和/或轴向轴承20中。径向和/或轴向轴承20基本上如径向和/或轴向 轴承4构成。当然第一电机和第二电机的安装位置能够彼此交换。图3示出根据本发明的第一表现形式的第三实施例的驱动单元。工作元件3与一 个第二丝杆21以不能相对旋转且沿轴向不能相对移动的方式连接。第二丝杆21与第二螺 母22处于嵌接。第二丝杆21也能够是滚珠丝杆、滚子丝杆或梯形丝杆。第二丝杆21与第 一丝杆2以不能相对旋转且沿轴向不能相对移动的方式耦合。第二电机8相对于第一壳体 元件1和第二螺母22的设置基本上与第一电机7相对于第一壳体元件1和第一螺母6的 设置相对应。因此初级件8a与第一壳体元件1以不能相对旋转且沿轴向不能相对移动的 方式连接。各丝杆具有不同的旋转螺矩。借助于各一个空心轴构造的角度测量系统10、19， 测定次级件7b、8b(即转子)和螺母6、22的角位置并且转换和调节电机7、8。此外一个唯 一的角度传感器也可以是足够的，借助于该角度传感器测定各丝杆的角位置。附加地还集 成一个具有实物量具28的位移测量系统27，借助于该位移测量系统能够测定第一丝杆2、 第二丝杆21和工作元件3的直线移动位置并且该位移测量系统对旋转运动是不敏感的。有利地，包含第一电机7、第一丝杆2、第一螺母6、径向和/或轴向轴承4的构件组 与包含第二电机8、第二丝杆21、第二螺母22和径向和/或轴向轴承20的构件组构成为结 构相同的。特别是电机7、8可以是结构相同的扭矩电机。工作元件3的旋转及直线运动不是彼此不相关的，而是通过两个螺母的各一个叠 加的控制产生。图4示出根据本发明的第一表现形式的第四实施例的驱动单元。驱动单元3的直 线运动，例如如根据图2的实施例，通过第一电机7以及第一丝杆2和第一螺母6导致。因 此就第一电机7的构造和布置而言，在此参考图2的描述。第二电机8安装在一个第二壳 体元件23中。第二壳体元件23如第一壳体元件具有一个圆柱形的空腔。第二壳体元件 23与丝杆2以不能相对旋转且沿轴向不能相对移动的方式连接。此外第二壳体元件23经 由一个由一个滑座构成的直线引导装置与连接结构24不能相对旋转地连接，所述滑座通 过一个滚珠或滚子循环直线引导装置引导。而工作元件3在第二壳体元件23内部可旋转 地但是不能轴向相对移动地支承。由此确保了，第一螺母6的旋转运动仅仅导致第二壳体 元件23和因此工作元件3的直线运动。由于工作元件3在第二壳体元件23内部的轴向固 定，第二电机8的初级件8a和次级件8b可以构成为相同长度的。次级件8b通过一个适配 元件9与工作元件3以不能相对旋转且不能相对移动的方式连接，其中适配元件9又与工 作元件3以不能相对旋转且不能相对移动的方式连接。通过径向和/或轴向轴承22，工作 元件3支承在第二壳体元件23中。径向和/或轴向轴承22的内环和外环与第二壳体元件 23或适配元件9以不能相对旋转且不能相对移动的方式连接。在第一丝杆2和第二壳体元件23之间的连接能够如此构成，即能够实现两个壳体 元件其中之一的简单交换。图5示出根据本发明的第二表现形式的第四实施例的驱动单元。第一电机7(其 通过螺线管电机构成)支承在第一壳体元件1中的滚珠套筒(KUgelhUlse)25中。次级件7b与旋转对称的轴沈以不能相对旋转且沿轴向不能相对移动的方式连接。轴沈和因此 第一电机7的直线行程经由一个具有实物量具观的位移测量系统27测量。位移测量系统 27具有这样的特征，即测定直线运动，然而对于旋转是不敏感的。为了在轴沈的每个可能 的轴向位置确保初级件7a和次级件7b的足够的重叠，初级件7a构成为长于次级件7b或 者反之，从而因此构成力的气隙面在每个位置都是恒定的。轴沈与四边形或多边形轴16 以不能相对旋转且不能相对移动的方式连接，该四边形或多边形轴又与工作元件3以不能 相对旋转且沿轴向不能相对移动的方式连接。四边形或多边形轴16在一个直线轴承17中 被引导。直线轴承17包含一个配备滚珠列的滑移套筒18并且如此构成，使得直线轴承允 许低摩擦的直线运动并且经由滚珠列能够形锁合地将通过第二电机的次级件8b实现的旋 转运动压入四边形或多边形轴16中。在该实施例中线性自由度与旋转自由度脱耦。第二 电机(扭矩电机)能够因此具有一个初级件8a以及一个次级件8b，它们具有相同的轴向长 度。当然也可以考虑第一电机和第二电机的互换设置。 图6示出根据本发明的第三表现形式的第五实施例。第二电机8安装在一个第二 壳体元件23中，其具有一个圆柱形的空腔。第二壳体元件23相对于第一壳体元件1借助 于滑座以不能相对旋转、但是可直线移动的方式支承，该滑座通过一个滚珠或滚子循环直 线引导装置(umlauflinearfUhrung)引导。工作元件3又在一个第二壳体元件23中沿着 轴向不能相对移动地、但是可旋转地支承。工作元件3的直线运动因此仅仅通过第二壳体 元件23的移动实现，这通过第一电机7实现。电机7由一个初级件7a以及一个次级件7b 构成。初级件7a与第二壳体元件23以不能相对旋转且沿轴向不能相对移动的方式连接。 次级件7b与第一壳体元件1以不能相对旋转且沿轴向不能相对移动的方式连接。通过一 个未示出的直尺能够测量和调节直线运动。紧急制动器13以夹紧单元的形式构成，以便在
紧急情况下阻止直线运动。
附图标记清单
1壳体元件
2丝杆
3工作元件
4径向和/或轴向轴承
5内表面
6第一螺母
7第一电机
7a第一电机的初级件
7b第一电机的次级件
8第二电机
8a第二电机的初级件
8b第二电机的次级件
9适配元件
10角度测量系统
11角度测量系统
12实物量具
11
13紧急制动器14封闭元件15密封件16四边形或多边形轴17直线轴承18滑移套筒19角度测量系统20径向和/或轴向轴承21第二丝杆22第二螺母23第二壳体元件24连接结构25滚珠套筒26轴27位移测量系统28实物量具
权利要求
1.一种驱动单元，其用于将工作元件相对于第一壳体元件旋转运动和直线运动，其中 驱动单元具有第一电机和第二电机，其特征在于，设有支承装置，其使得对于第一电机和/ 或第二电机而言能够实现在工作元件相对于第一壳体元件直线运动时该电机的初级件和 次级件彼此以沿轴向不能相对移动的方式设置。
2.如权利要求1所述的驱动单元，其特征在于，支承装置包含第一丝杆和第一螺母，其 中第一螺母相对于第一壳体元件以沿着轴向不能相对移动的方式设置，并且第一螺母与第 一电机的初级件或次级件以不能相对旋转的方式耦合。
3.如权利要求2所述的驱动单元，其特征在于，第一电机是第一扭矩电机，和/或第二 电机是第二扭矩电机。
4.如权利要求3所述的驱动单元，其特征在于，第二扭矩电机与直线轴承耦合。
5.如权利要求3所述的驱动单元，其特征在于，第二扭矩电机与第二丝杆和第二螺母 耦合，其中第二螺母相对于第一壳体元件以沿轴向不能相对移动的方式设置，并且第二螺 母与第二扭矩电机的初级件或次级件以不能相对旋转的方式耦合。
6.如权利要求3所述的驱动单元，其特征在于，第二电机设置在与第一壳体元件分离 的第二壳体元件中，其中第二壳体元件与第一丝杆以不能相对旋转且沿轴向不能相对移动 的方式连接。
7.如权利要求1所述的驱动单元，其特征在于，支承装置包含与第二电机耦合的直线 轴承，其中第二电机是扭矩电机。
8.如权利要求7所述的驱动单元，其特征在于，第一电机是直线电机。
9.如权利要求1所述的驱动单元，其特征在于，支承装置是与第一壳体元件分离的第 二壳体元件，其中在第二壳体元件中设置第二电机并且第二壳体元件能够通过第一电机相 对于第一壳体元件直线移动。
10.如上述权利要求之一项所述的驱动单元，其特征在于，至少一个电机的初级件和次 级件的轴向长度是等长的。
11.如上述权利要求之一项所述的驱动单元，其特征在于，设置至少一个位移和/或角 度测量系统。
12.如上述权利要求之一项所述的驱动单元，其特征在于，设置包含电流测量装置的扭 矩或力测量系统。
13.如上述权利要求之一项所述的驱动单元，其特征在于，设置至少一个径向和/或轴 向轴承以用于支承第一丝杆和/或第二丝杆和/或工作元件。
14.如上述权利要求之一项所述的驱动单元，其特征在于，其中至少一个电机是电伺服 电机。
15.如上述权利要求之一项所述的驱动单元，其特征在于，工作元件能够与用于饮料容 器的封闭头耦合。
16.如权利要求15所述的驱动单元，其特征在于，至少工作元件具有一个钻孔以用于 推出位于封闭头中的饮料盖。
全文摘要
本发明涉及一种驱动单元，其用于将工作元件(3)相对于第一壳体元件(1)旋转运动和直线运动，其中驱动单元具有第一电机和第二电机(7，8)。为了能够实现简单的构造和简单的装配并且减小所需的轴向构造空间和费用，驱动单元具有支承装置，其使得对于第一电机和/或第二电机而言能够实现，在工作元件(3)相对于第一壳体元件(1)直线运动时该电机(7)的初级件(7a)和次级件(7b)彼此以沿轴向不能相对移动的方式设置。
文档编号B25J9/12GK102123833SQ200980131297
公开日2011年7月13日 申请日期2009年7月30日 优先权日2008年8月14日
发明者D·诺伊费尔德, G·施密德, R·许勒尔 申请人:伊纳驱动及机电一体化有限及两合公司, 谢夫勒科技有限责任两合公司