DE10026958A1

DE10026958A1 - Stator-Kupplung

Info

Publication number: DE10026958A1
Application number: DE10026958A
Authority: DE
Original assignee: Max Stegmann GmbH
Current assignee: Sick Stegmann GmbH
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-11-29
Also published as: DE20008590U1

Abstract

Die Stator-Kupplung dient zur Ankoppelung eines Winkelencodergehäuses an den Stator einer Antriebseinrichtung, wobei eine Encoderwelle verdrehfest mit einer zu messenden Antriebswelle verbunden ist. Dabei lässt die Stator-Kupplung axiale und radiale Scherbewegungen, nicht jedoch Drehbewegungen zwischen dem Stator der Antriebseinrichtung und des Encoders, zu. Die Stator-Kupplung dient zur verdrehfesten Montage eines Encoders an einem Stator einer Antriebseinrichtung auch bei kleinem Bauraum. Hierzu wird die Stator-Kupplung mit dem Encoder oder dem Stator der Antriebseinrichtung verbunden und mit dem anderen Teil in Nuten verklemmt. Zur Verbindung dienen jeweils mindestens zwei Blattfederarme, die im montierten Zustand unter einer Federspannung stehen. Vorteilhaft ist insbesondere die Ausgestaltung der Stator-Kupplung als Federparallelogramm.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stator-Kupplung als drehstarres Verbindungselement zur Kopplung zweier Statoren, in denen je eine Welle lagert, welche starr miteinander verbundenen sind.

Derartige Stator-Kupplungen werden häufig zwischen einer Antriebseinrichtung und einer Winkelmesseinrichtung eingesetzt. Dazu wird das Gehäuse der Winkelmesseinrichtung mittels dieser Kupplung verdrehstarr mit dem Stator-Gehäuse einer Antriebseinrichtung verbunden.

Neben Winkelmesseinrichtungen sind auch Messgeräte, die andere mechanische Messgrößen, wie etwa die Winkelgeschwindigkeit, die Winkelbeschleunigung oder das Drehmoment messen, vermittels dieser Stator-Kupplung an den Stator einer Antriebseinrichtung ankoppelbar. Dabei lässt die Stator-Kupplung als Drehmomentstütze axiale und radiale Scherbewegungen zu, nicht jedoch Drehbewegungen.

Nach dem Stand der Technik sind verschiedene metallische, sowie aus anderen federnden Materialien bestehende Kupplungen bekannt. Insbesondere Kupplungen, bei denen die Verbindungsstege ein Parallelogramm bilden, sind in DE 89 15 109 U beschrieben. Die Montage dieser Anordnungen gestaltet sich jedoch bei beschränktem Bauraum als schwierig, da die einzelnen Komponenten, bestehend aus Messeinrichtung, Stator der Antreibseinrichtung und Stator-Kupplung miteinander verbunden werden müssen. In der Regel werden diese Komponenten an der Stator-Kupplung verschraubt. Ist jedoch ein geringer Bauraum vorhanden, etwa bei Motoren kleiner Baugröße, so ist oftmals keine seitliche Einwirkungsmöglichkeit mehr gegeben, um eine Verschraubung etwa von Stator und Kupplung vorzunehmen. Die Patente DE 32 06 875 und DE 33 01 205 beschreiben eine im Inneren des Statorgehäuses des Messgerätes angeordnete Kupplung. Diese Konstruktionen erfordern jedoch einen vergrößerten Bauraum.

Die Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine preiswerte und einfach zu montierende verdrehstarre Stator-Kupplung (1) zu konstruieren, welche ohne seitliche Einwirkung installiert werden kann, einen zuverlässigen Masseanschluss gewährleistet und welche darüber hinaus eine Axialkraft in Richtung der Welle ausübt.

Dieses Problem wird gelöst durch die Konstruktion, die im ersten Anspruch dieser Patentanmeldung beschrieben wird. Die weiteren Ansprüche stellen sinnvolle Weiterentwicklungen der Stator-Kupplung (1) dar.

Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein federndes Element (1) zu verwenden, welches an höchstens einem Stator (10), (20) verschraubt wird und ansonsten mindestens zwei Anpressbügel (2) bzw. (6) aufweist, mittels derer es sich im Statorgehäuse (20) etwa einer Antriebseinheit bzw. im Statorgehäuse (10) der Winkelmesseinrichtung beim Einsetzen in den Stator aufgrund der Feder-Vorspannung festkrallt.

Abweichend hiervon können entweder die inneren Blattfederarme (6) oder die äußeren Blattfederarme (2) auch mit dem jeweiligen Stator verschraubt sein.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Kupplung (1) sehr wenig Raum benötigt, dass sie eine reibungslose und hochgenaue Winkelübertragung zwischen den beiden verbundenen Statoren (10) und (20) zulässt, wobei gleichzeitig jedoch relative Verlagerungen der mittels der Stator-Kupplung (1) verbundenen Statoren (10) und (20) sowohl in Längsrichtung, als auch in Querrichtung ausgeglichen werden. Darüber hinaus ist keine seitliche Einwirkung mehr vonnöten und erlaubt somit den Einbau von Drehgebern in sehr beschränkten Bauraum.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den Einbau der mit der Stator-Kupplung (1) verbundenen Messeinrichtung in eine Antriebseinrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Stator-Kupplung (1),

Fig. 3 eine Seitenansicht derselben Stator-Kupplung (1),

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplung (1) und

Fig. 5 eine ebene Drehmomentstütze.

Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Stator-Kupplung (1) ist etwa einstückig als Stanz- und Biegeteil ausgebildet und besteht aus einem Material hoher Wechselfestigkeit, z. B. Federstahl. Die Kupplung (1) weist einen ebenen Mittelbereich (4) und einen durchgehenden Bereich oder mindestens zwei nach außen weisende Stege (3) auf, die vorteilhafterweise in regelmäßigen Winkelabständen zueinander am Umfang angeordnet sind. Darüber hinaus weist sie zwei nach innen weisende Stege (3) auf, die ebenfalls in regelmäßigen Winkeln am Umfang des Mittenbereiches (4) angeformt werden. Dabei kann sowohl der Innenumfang als auch der Außenumfang des Mittenbereiches (4) zur Anformung der Stege (3) in Betracht kommen. Eine vorteilhafte Geometrie besteht darin, jeweils zwei gegenüberliegende, also um 180° versetzte Stege (3) vorzusehen, wobei die nach innen weisenden um 90° gegenüber den nach außen weisenden versetzt sind, sodass eine Federparallelogramm entsteht. Hiermit ist in besonderer Weise eine winkeltreue Ankopplung gewährleistet.

An jedem Steg (3) des Mittenbereiches (4) ist zunächst vorteilhafterweise ein Zwischenbereich (8) angeformt, welcher senkrecht zur Ebene des Mittenbereiches (4) umgebogen wurde. Daran anschließend ist jeweils ein Blattfederarm (2) bzw. (6) angeformt. Diese liegen vorteilhafterweise parallel zu der Ebene des Mittenbereiches (4) und sind in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander am Umfang des Mittenbereiches (4) der Stator- Kupplung (1) angeformt. Die Blattfederarme (2) gewährleisten somit eine verdrehsteife, jedoch radial und axial nachgiebige Verbindung der zwei zu verbindenden Statoren (10) und (20).

Der Mittenbereich (4) kann auch ohne Stege (3) ausgeführt sein. Je kürzer die Stege (3), desto geringer ist die mögliche axiale Verlagerung der zwei zu verbindenden Teile. Je weiter die Stege (3) nach außen ragen, desto größer ist die mögliche axiale Verlagerung.

Alternativ können in den Enden der Blattfederarme (2) oder (6) Bohrungen zur Verschraubung der Stator-Kupplung (1) mit dem jeweiligen Stator-Gehäuse vorgesehen sein. Dabei sind die jeweils anderen Blattfederarme jedoch klemmbar.

Die mindestens zwei am Umfang des Mittenbereiches (4) der Stator-Kupplung (1) angeformten Blattfederarme (2) bzw. (6) sind leicht stufenweise in Montagerichtung verformt. Die Enden der Blattfederarme (2) krallen sich vorteilhafterweise in einer Nut im Statorgehäuse (20) einer Antriebseinheit fest. Zur Aufnahme der Blattfederarme (6) zur Befestigung des Stators (10) der Winkelmesseinrichtung ist etwa am Flansch derselben ebenfalls eine Nut vorgesehen.

Die Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der Kupplung (1) nach den Fig. 2 und 3 bei der Montage. Der Stator bzw. das Gehäuse (10) der Winkelmesseinrichtung wird über die Stator-Kupplung (1) mit dem Stator (20) einer Antriebseinrichtung verbunden. Die Welle (13) der Winkelmesseinrichtung wird starr mit der Welle (30) der Antriebseinrichtung gekoppelt. Hierzu ist die Statorkupplung (1) mittels der inneren Blattfederarme (6) via Klemmung oder Verschraubung fest mit dem Stator bzw. dem Gehäuse (10) der Winkelmesseinrichtung verbunden. Die freien Enden der mindestens zwei Blattfederarme (2) klemmen sich in den Nuten (12, 22) des Hohlraumes des Stators (20) der Antriebseinheit bzw. der Winkelmesseinrichtung (10) fest. Hierzu ist eine Kraft in Richtung auf die Welle (30) der Antriebseinheit notwendig, welche etwa aufgrund einer Wellenverschraubung einer Konuswelle oder aufgrund einer Steckwelle oder durch Druckkraft auf das Gehäuse der Winkelmesseinrichtung gegeben sein kann.

In der Fig. 2 ist eine Stator-Kupplung (1) in Aufsicht dargestellt, während in der Fig. 3 dieselbe Stator-Kupplung (1) in Seitenansicht gezeigt ist. Zu erkennen ist der ebene Mittenbereich (4) der Stator-Kupplung (1). In der Mitte des Mittenbereiches (4) kann etwa eine kreisrunde Aussparung (5) vorgesehen sein. Weiter sind mittels Stegen (3) Blattfederarme (2) bzw. (6) an den Mittenbereich (4) angeformt. Die Stege (3) liegen in derselben Ebene, wie der Mittenbereich (4) und können mehr oder weniger lang sein oder auch gänzlich fehlen. In der Fig. 3 erkennen wir die Verformung der Blattfederarme (2) bzw. (6). Die Endstücke der Blattfederarme (2) bzw. (6) schließlich spreizen sich radial nach außen bzw. nach innen ab. Darüber hinaus ist eine Zwischenbereich (8) der Blattfederarme vorgesehen, welcher senkrecht zur Ebene des Mittenbereiches (4) umgebogen ist.

In der Fig. 4 ist eine andere konstruktive Variante einer Stator-Kupplung (1) perspektivisch dargestellt. Hier werden die inneren Blattfederarme (6) vom Außenrand und die äußeren Blattfederarme (2) vom Innenrand des Mittenbereiches (4) der Stator-Kupplung her umgebogen. Die Enden der Blattfederarme (2) bzw. (6) sind mit Krallen (9) zum Festsetzen an den Statoren (10) und (20) versehen.

In der Fig. 4 ist eine ebene Drehmomentstütze (1) dargestellt. Auch hier sind am Mittenbereich (4) äußere (2) und innere (6) Blattfederarme angeformt, welche mit einer oder mehreren Krallen (9) endseitig versehen sind.

Der Anbau der Drehmomentstütze (1) ist dabei nicht nur vorne an der Wellenseite der Messeinrichtung möglich, sondern auch seitlich und insbesondere auch hinten auf der zur Welle abgewandten Seite. Dies hat insbesondere für sehr kleine Drehgeber den Vorteil des besseren Handlings und einer sehr einfachen Montage.

Der notwendige Druck, der auf die Stator-Kupplung auszuüben ist, um eine kraftschlüssige Verbindung zu erhalten, kann dabei etwa über die Wellenankopplung oder über einen äußeren Druck auf den Stator (10) der Winkelmesseinrichtung erfolgen. Dieser Druck kann beispielsweise über eine Druckfeder erfolgen, welche sich am Stator (20) der Antriebseinheit abstützt.

Alternativ hierzu ist es möglich, die Blattfederarme elastisch vorzuspannen, sodass kein äußerer Kraftdruck mehr notwendig ist, um eine Verbindung zwischen der Stator-Kupplung und dem jeweiligen Stator sicherzustellen. Die hierzu notwendige Vorspannung erfordert eine etwas andere Form der Stator-Kupplung (1), sodass die in den Zeichnungen wiedergegebenen Geometrien im angebauten Zustand gelten. Im nicht-angebauten Zustand etwa sind die Blattfederelement-Zwischenbereiche (8) der äußeren Blattfederarme (2) nicht exakt senkrecht zur Ebene des Mittenbereiches (4) der Stator-Kupplung (1), sondern etwas in die äußere Richtung verformt. Entsprechend sind die Zwischenbereiche (8) der inneren Blattfederarme (6) in dem Fall nach innen vorgeformt.

Die Stator-Kupplung (1) ermöglicht der Winkelmesseinrichtung den auftretenden Taumelbewegungen der Welle (30) der Antriebseinrichtung zu folgen, ohne dass bezüglich der gemeinsamen Drehachse (31) die Statoren (10) und (20) eine Verdrehung gegeneinander durchführen können. Durch diese Stator-Kupplung (1) ist die Genauigkeit der Winkel- oder Drehzahlmessung gewährleistet, obgleich eine starre Kopplung der Wellen (13) und (30) vorgenommen wurde, welche nie gänzlich fehlerfrei fluchten.

Durch die Stator-Kupplung (1) werden Exzentrizitäten der Welle (30) bzw. (13) und Winkelfluchtungsfehler der Drehachse (31) kompensiert.

Als Winkelmesseinrichtung kann ein inkrementaler oder ein absoluter Drehgeber - etwa optoelektronischer Art - oder ein Resolver Verwendung finden.

Bezugszeichenliste

1

Stator-Kupplung

2

äußere Blattfederarme

3

Stege

4

Mittenbereich

5

zentrische Öffnung

6

innere Blattfederarme

8

Blattfederelement-Zwischenbereich

9

Krallen

10

Gehäuse/Stator der Winkelmesseinrichtung

12

Nut im Stator der Winkelmesseinrichtung

13

Welle der Winkelmesseinrichtung

20

Stator der Antriebseinheit

22

Nut im Stator der Antriebseinrichtung

30

Welle der Antriebseinheit

31

Drehachse

Claims

1. Stator-Kupplung zum verdrehsteifen, jedoch radial und axial nachgiebigen Verbinden zweier Teile, die eine zumindest weitgehend gemeinsame Drehachse aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass
die Statorkupplung (1) einen Mittenbereich (4) aufweist, an welchem mindestens zwei innere und mindestens zwei äußere Blattfederarme (2), (6) angeformt sind, welche in regelmäßigen Winkelabständen am Innen- bzw. Außen-Umfang des Mittenbereiches (4) angeordnet sind und sich an den Statoren (20) bzw. (10) der Antriebseinheit bzw. der Winkelmesseinrichtung abstützen, und dass darüber hinaus
mindestens die Gruppe der äußeren (2) oder der inneren (6) Blattfederarme sich durch äußeren Druck oder durch Federdruck aufgrund einer Verformung der Stator- Kupplung (1) radial oder axial an dem jeweiligen Statorgehäuse (20) bzw. (10) festkrallen und dass die übrigen verdrehfest an dem jeweiligen Stator befestigt sind.

2. Stator-Kupplung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stator-Kupplung (1) aus Federblech geformt ist und an dem Mittenbereich (4) mindestens zwei radial nach außen weisende, in der Ebene des Mittenbereiches (4) liegende Stege (3) in gleichmäßigen Winkelabständen angeformt sind, und dass an den Stegen (3) zunächst Zwischenbereiche (8) liegen, welche senkrecht zur Ebene des Mittenbereiches (4) umgeformt sind, und dort die Blattfederarme (2) bzw. (6) parallel zur Ebene des Mittenbereiches (4) angeformt sind.

3. Stator-Kupplung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstücke der Blattfederarme (2) radial abgespreizt sind und an ihren Enden zwei Krallen (9) zum Festkrallen an dem jeweiligen Stator aufweisen.

4. Stator-Kupplung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bohrungen an den nicht-festgekrallten inneren (6) oder an den äußeren (2) Blattfederarmen zur Befestigung an dem jeweiligen Stator vorgesehen sind.

5. Stator-Kupplung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stator-Kupplung an der zur Welle abgewandten Seite des Statorgehäuses (10) montiert ist.

6. Stator-Kupplung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei innere (6) und zwei äußere (2) Blattfederarme am Mittenbereich (4) um 90° versetzt angeordnet sind.

7. Stator-Kupplung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfederarme (2) bzw. (6) sich in Nuten (12), (22) an den Statoren abstützen.