DE102006043897A1

DE102006043897A1 - Wellenkupplung

Info

Publication number: DE102006043897A1
Application number: DE102006043897A
Authority: DE
Inventors: Matthias Braun; Winfried Kessler; Michael Zisler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-03-27
Also published as: WO2008034768A1; JP2010503813A; US20090230825A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung zur Ankopplung eines Geber (15) an eine elektrische Maschine, insbesondere an einen Elektromotor (16), wobei ein Endabschnitt (5) einer Geberwelle (6) und ein Endabschnitt (2) einer Motorwelle (1) gegenüberliegend angeordnet sind und zumindest ein Drehmomentübertragungselement (9) zwischen den Endabschnitten (5) der Geberwelle (6) und der Motorwelle (1) angeordnet ist, wobei das Drehmomentübertragungselement (9) an seinen Stirnseiten jeweils eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende Quernut (10,11) aufweist, wobei klauenartige Elemente (3,4,7,8) der Endabschnitte (2,5) von Motorwelle (1) und Geberwelle (6) mit den Quernuten (10,11) des Drehmomentübertragungselements (9) derart im zusammengebauten Zustand korrespondieren, dass eine Drehmomentübertragung von der Motorwelle (1) an den Geber (15) stattfindet, die sowohl Radial-, Axialversätze als auch Winkelversätze von Motor- und Geberwelle ausgleicht, wobei Quernuten (10,11) und klauenartige Elemente (3,4,7,8) der jeweiligen Endabschnitte (2,5) derartige Mittel aufweisen, dass eine fehlerhafte Montage der Geberwelle (6) auf das Drehmomentübertragungselement (5) ausgeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung zur Kupplung eines Gebers mit eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor.
Beim Einsatz von elektrischen Maschinen mit rotierenden Wellen ist es oft erwünscht, die Drehzahl der Welle oder die Lage des Rotors zu erfassen. Dazu gibt es die unterschiedlichsten Drehzahlmesser wie z.B. Impulsübertrager, Tachogeneratoren usw. und ebenso Geberelemente.
So ist aus der EP 1 452 759 A1 eine Wellenkupplung bekannt, die eine Motorwelle mit einer Geberwelle verbindet.
Nachteilig dabei ist, dass diese bekannten Feedback-Systeme, also die Ankopplungen an den Geber keine Montagesicherheit ihrer Einzelelemente gewährleisten. Durch eine 180°-Versetzung der zu kuppelnden Elemente ergeben sich bei einigen Maschinenarten Fehlermöglichkeiten, die zu einer inkorrekten Positionierung z.B. eines Elektromotors einer Arbeitsmaschine führen.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkupplung zu schaffen, die eine Montagesicherheit, insbesondere eine Verstecksicherheit ihrer Einzelelemente aufweist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Wellenkupplung zur Ankopplung eines Geber an eine elektrische Maschine, insbesondere an einen Elektromotor, wobei ein Endabschnitt einer Geberwelle und ein Endabschnitt einer Motorwelle gegenüberliegend angeordnet sind und zumindest ein Drehmomentübertragungselement zwischen den Endabschnitten der Geberwelle und der Motorwelle angeordnet ist, wobei das Drehmomentübertragungselement an seinen Stirnseiten jeweils eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende Quernut aufweist, wobei klauenartige Elemente der Endabschnitte von Motorwelle und Geberwelle mit den Quernuten des Drehmomentübertragungselements derart im zusammengebauten Zustand korrespondieren, dass eine Drehmomentübertragung von der Motorwelle an den Geber stattfindet, die sowohl Radial-, Axialversätze als auch Winkelversätze von Motor- und Geberwelle ausgleicht, wobei Quernuten und klauenartige Elemente der jeweiligen Endabschnitte derartige Mittel aufweisen, dass eine fehlerhafte Montage der Geberwelle auf das Drehmomentübertragungselement ausgeschlossen ist.
Erfindungsgemäß sind dadurch die zu kuppelnden Wellen mit vergleichsweise kurzem axialen Abstand montierbar.
Der vorliegenden erfindungsgemäßen Kupplung liegt das Prinzip der Oldham-Kupplung (Kreuzschieberkupplung) zugrunde. Hinsichtlich Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, Spielfreiheit sind diese Kupplungen bestens als Wellenkupplung geeignet. Es wird aber durch die nunmehr vorgeschlagene erfindungsgemäße Lösung eine Montage- und Verstecksicherheit dieser Kupplung beim Zusammenbau gewährleistet. Damit lässt sich die Winkellage des Endabschnitts der Geberwelle auf jeden Fall sicher einstellen. Die Endabschnitte der Motorwelle und der Geberwelle sind vorzugsweise aus Metall und das Drehmomentübertragungselement ist mit Quernuten versehen und kann zumindest abschnittsweise als Kunststoffteil ausgeführt sein.
Vorteilhafterweise sind die Konturen der Endabschnitte direkt in die Wellenenden des Elektromotors und/oder des Gebers eingearbeitet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die beiden Arme der Quernuten, die dem Endabschnitt der Geberwelle gegenüber liegt in unterschiedlicher Breite und/oder Tiefe ausgeführt, wodurch die Verstecksicherheit mit dem Endabschnitt der Geberwelle gewährleistet ist. Somit ist das Drehmomentübertragungselement mit dem Endabschnitt der Geberwelle nur in einer einzigen Winkellage montierbar. Die Nuttiefe ist dabei so auf die Nutbreite abgestimmt, dass dadurch ein Massenausgleich sichergestellt wird und somit keine Unwuchten vorliegen, die die Erfassungsgenauigkeit des Gebers beeinflussen.
Des Weiteren können die Arme der Quernuten unter Berücksichtigung der oben genannten Anforderungen auch eine unterschiedliche Formgestaltung aufweisen mit den oben genannten Vorteilen der Verstecksicherheit. Dabei sind z.B. ein Arm mit einer quaderförmigen Kontur und der andere Arm mit einer tropfenförmigen Kontur versehen.
Zur Erhöhung der Lebensdauer des Drehmomentübertragungselements werden entsprechend modifizierte Kunststoffe zum Einsatz gebracht. Besonders geeignet sind dabei Thermoplaste vorzugsweise mit Kohlefasern oder Glasfasern versehen, um eine Erhöhung der Steifigkeit und um eine Reduzierung bzw. Stabilisierung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu erhalten.
Zur Reduzierung der Reibungskoeffizienten werden dem Kunststoff dabei Schmierstoffe z.B. PTFE oder ähnliche beigemischt. Durch eine spezielle Formgebung des Kunststoffteils wird sichergestellt, dass die Kupplung spielfrei ausgeführt ist. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die zusammengesteckten Teile mit Übermaß ausgeführt sind, so dass sich ein Presssitz ergibt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Nutengeometrie am Nutgrund geringfügig größer ausgeführt als am oberen Bereich (konische Nut). Dadurch wird sichergestellt, dass die Flanken der Quernut im montierten Zustand der Wellenkupplungen am klauenartig ausgebildeten Element großflächig anliegen.
Damit wird eine konstante, schwingungsfreie Drehmomentübertragung von der Motorwelle zum Geber gewährleistet über den gesamten Arbeitsbereich (u.a. Temperatur und Drehzahl betreffend) eingehalten.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung sind Markierungen auf den Endabschnitten der identisch ausgeführten klauenartigen Elemente vorgesehen, um dadurch ebenso eine verstecksichere Montage der Wellenkupplung zu erhalten. Dabei wird die Verstecksicherheit durch eine optische Kontrolle sichergestellt.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Darin zeigt die FIG einen Endabschnitt 2 einer Motorwelle 1 eines nicht näher dargestellten Motors 16, welcher Endabschnitt 2 klauenartige Elemente 3, 4 aufweist. Des Weiteren zeigt die FIG einen Endabschnitt 5 einer Geberwelle 6 eines nicht näher dargestellten Gebers 15, dessen Endabschnitt 5 ebenfalls klauenartige Elemente 7, 8 aufweist.
Die FIG zeigt des weiteren ein im wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Drehmomentübertragungselement 9 mit auf den Stirnseiten angeordneten, zueinander senkrecht verlaufenden Quernuten 10, 11 in die die klauenartigen Elemente 3, 4, 7, 8 der jeweiligen Endabschnitte 2, 5 von Motorwelle 1 und Geberwelle 6 eingreifen. Die einzelnen klauenartigen Elemente 3, 4, 7, 8, insbesondere die klauenartigen Elemente 7, 8 der Geberseite sind dabei so ausgebildet, dass sie mit den Abschnitten der Quernuten 10, 11 insbesondere nur mit der Quernut 11 direkt montierbar sind.
Dabei sind die einzelnen Arme 12, 13 der Quernut 11 so ausgebildet, dass der Endabschnitt 5 mit seinen klauenartigen Elementen 7, 8 nur in der angegebenen Position eine Montage zulässt.
Eine Montage eines um 180° verdrehten Endabschnitts 5 der Geberwelle 6 ist somit nicht möglich. Damit ist auch eine 100%-ige Verstecksicherheit der Einzelelemente der Wellenkupplung gegeben. Durch die Erfindung lässt sich auch eine Blindmontage der Einzelelemente durchführen, wobei als Blindmontage eine Montage bezeichnet wird, bei der die zu montierenden Teile in der zu montierenden Lage nicht zugänglich zu sein brauchen, beispielsweise um die Montage durch Augenschein zu überprüfen.
Die klauenartigen Elemente 7, 8 sind somit unterschiedlich ausgebildet, derart, dass sie mit den unterschiedlichen ausgestalteten Armen 12, 13 der Quernut 11 nur in einer vorbestimmten Position montierbar sind und damit eine ordnungsgemäße Übertragung von Drehzahl und/oder Drehwinkel und/oder Lage der Motorwelle 1 gestattet.
Motorwelle 1 und Geberwelle 6 sind mit ihren jeweiligen Endabschnitten 2, 5 durch geeignete Übertragungsmittel, z.B. Passfedern verbunden. Alternativ bilden die Endabschnitte 2, 5 mit ihren Wellen eine einstückige Einheit, sind somit aus einem Material, so dass spezielle Übertragungsmittel von den Wellen zu ihren jeweiligen Endabschnitten 2, 5 nicht notwendig sind. Damit sind die Konturen der Endabschnitte 2, 5 direkt in die Enden der Motorwelle 1 und/oder der Geberwelle 6 eingearbeitet.
Des Weiteren kann in oder auf die Welle von Elektromotor 16 und/oder Geber 6 die Endabschnitte 2, 5 eingespritzt bzw. aufgespritzt werden. Als mögliche geometrische Formen eignen sich z.B. Vielzahn- oder Vielkantgeometrien.
Um eine Fehlmontage bei einer derartigen Wellenkupplung zu vermeiden sind auch optischen Markierungen an den klauenartigen Elementen 7, 8 und den dazugehörigen Armen 12, 13 möglich, die als Farbmarkierungen, Kerben, Punkte oder anderen optischen Merkmalen ausgeführt sind.
Der erfinderische Grundgedanke einer verstecksicheren Montage einer Wellenkupplung lässt sich auch auf andere Wellenkupplungen mit mehreren Quernuten und/oder radial verlaufenden Nuten am Drehmomentübertragungselement 9 anwenden.
Die Erfindung ist nicht auf Wellenkupplungen mit nur einem Drehmomentübertragungselement begrenzt, es sind ebenso mehrere axial hintereinander angeordnete und ineinander greifende Drehmomentübertragungselement 9 vorstellbar. Dabei ist der Übergang zu den jeweiligen Wellenenden erfindungsgemäß ausgestattet.
Die erfindungsgemäße Wellenkupplung wird u.a. bei Werkzeugmaschinen, Druckmaschinen, Robotern, Textilmaschinen und Holzbearbeitungsmaschinen bevorzugt eingesetzt, um eine schwingungsfreie Drehmomentübertragung mit vergleichsweise hoher Dämpfung auf den Geber zu erhalten.

Claims

Wellenkupplung zur Ankopplung eines Geber (15) an eine elektrische Maschine, insbesondere an einen Elektromotor (16), wobei ein Endabschnitt (5) einer Geberwelle (6) und ein Endabschnitt (2) einer Motorwelle (1) gegenüberliegend angeordnet sind und zumindest ein Drehmomentübertragungselement (9) zwischen den Endabschnitten (5) der Geberwelle (6) und der Motorwelle (1) angeordnet ist, wobei das Drehmomentübertragungselement (9) an seinen Stirnseiten jeweils eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende Quernut (10, 11) aufweist, wobei klauenartige Elemente (3, 4, 7, 8) der Endabschnitte (2,5) von Motorwelle (1) und Geberwelle (6) mit den Quernuten (10, 11) des Drehmomentübertragungselements (9) derart im zusammengebauten Zustand korrespondieren, dass eine Drehmomentübertragung von der Motorwelle (1) an den Geber (15) stattfindet, die sowohl Radial-, Axialversätze als auch Winkelversätze von Motor- und Geberwelle ausgleicht, wobei Quernuten (10, 11) und klauenartige Elemente (3, 4, 7, 8) der jeweiligen Endabschnitte (2, 5) derartige Mittel aufweisen, dass eine fehlerhafte Montage der Geberwelle (6) auf das Drehmomentübertragungselement (5) ausgeschlossen ist.
Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quernuten (10, 11) am Drehmomentübertragungselement (5) senkrecht zueinander angeordnet sind.
Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Drehmomentübertragungselement (5) und am Endabschnitt (5) der Geberwelle (6) Markierungen vorhanden sind.
Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die links- und rechtsseitigen klauenartigen Elemente (7, 8) des Endabschnitts (5) der Geberwelle (6) verschiedenartig ausgeführt sind, so dass sie nur mit einem vorgegebenen Arm (12, 13) der Quernut (11) der jeweils dementsprechend gestalteten Stirnseite des Drehmomentübertragungselements (9) formschlüssig verbindbar sind.
Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (2, 5) mit ihren Wellen (1, 6) einstückig verbunden sind.
Verwendung einer Wellenkupplung an einem der Ansprüche 1 bis 5 bei elektrischen Maschinen.