DE102006056463A1

DE102006056463A1 - Wellenkupplung

Info

Publication number: DE102006056463A1
Application number: DE200610056463
Authority: DE
Inventors: Ludwig BÖGE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung, insbesondere zur winkelgenauen Übertragung der Winkelstellung einer Antriebsvorrichtung zu einer Winkelmessvorrichtung. Die Kupplung besteht aus einem ersten Verbindungselement (1) und einem zweiten Verbindungselement (2) und einer dazwischen angeordneten Koppel (3). Die drehstarre Verbindung zwischen den Verbindungselementen (1, 2) und der Koppel (3) erfolgt jeweils mittels Kugeln (4.1, 4.2, 5.1, 5.2). Zur spielfreien Lagerung der Kugeln (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) in Nuten (7.1 bis 7.8) der Koppel (3) und der Verbindungselemente (1, 2) sind die nuttragenden Bereiche (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) der Koppel (3) als radial federnde Zungen ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung zur winkelgenauen Übertragung einer Drehbewegung zwischen zwei Wellen.
Bei der Verbindung einer Motorwelle mit der Welle einer Winkelmesseinrichtung besteht die Forderung eine winkelgenaue Übertragung der Drehbewegung zu realisieren. Die dabei verwendete Wellenkupplung soll einerseits eine drehsteife Verbindung der beiden Wellen garantieren und andererseits einen Parallelversatz der beiden Wellen ausgleichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Wellenkupplung anzugeben, die möglichst kompakt aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass eine Wellenkupplung zur winkelgenauen Übertragung einer Drehbewegung zwischen zwei Wellen geschaffen wird, die besonders einfach und platzsparend aufgebaut ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung entnimmt man den abhängigen Ansprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt
1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäß ausgestalteten Wellenkupplung;
2 einen Querschnitt A-A der Wellenkupplung gemäß 1 und
3 einen Längsschnitt der Wellenkupplung gemäß 1 mit einem Parallelversatz der beiden Wellen.
Die Wellenkupplung besteht aus drei Hauptkomponenten, nämlich aus einem ersten Verbindungselement 1, einem zweiten Verbindungselement 2 und einer dazwischen angeordneten Koppel 3.
Das erste Verbindungselement 1 dient zum starren Befestigen der Wellenkupplung an eine erste Welle, insbesondere einer Welle einer Winkelmesseinrichtung. Das zweite Verbindungselement 2 dient zum starren Befestigen der Wellenkupplung an eine zweite Welle, insbesondere einer Welle einer Antriebseinheit, deren Drehstellung mit der Winkelmesseinrichtung gemessen werden soll.
Die Koppel 3 ist in Drehrichtung D der Wellen drehsteif, aber schwenkbar am ersten Verbindungselement 1 und in Längsrichtung L (axial) davon beabstandet drehsteif, aber schwenkbar am zweiten Verbindungselement 2 befestigt. Hierzu sind einerseits zwischen dem ersten Verbindungselement 1 und der Koppel 3 mehrere Kugeln 4.1, 4.2 räumlich am Umfang der Koppel 3 angeordnet und andererseits zwischen dem zweiten Verbindungselement 2 und der Koppel 3 weitere Kugeln 5.1, 5.2 räumlich am Umfang der Koppel 3 angeordnet. Jede der Kugeln 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 ist in einer in Längsrichtung L verlaufenden Nut 7.1 bis 7.8 der Koppel 3 und des jeweiligen Verbindungselementes 1, 2 rollbar gelagert. Die Kugeln 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 sind in axialer Richtung L in den Nuten 7.1 bis 7.8 frei rollbar, das heißt, dass diese nicht durch einen Kugelkäfig gehalten werden. Im gezeigten Beispiel sind die Kugeln 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 am Außenumfang der Koppel 3 angeordnet und das erste Verbindungselement 1 sowie das zweite Verbindungselement 2 bildet jeweils eine Hülse, so dass die nuttragenden Bereiche 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 der Koppel 3 den nuttragenden Bereichen 3.5, 3.6, 3.7, 3.8 der Verbindungselemente 1, 2 radial gegenüberstehen. In nicht gezeigter Weise können die Kugeln auch an einem Innenumfang der Koppel angeordnet sein, wobei dann die nuttragenden Bereiche des ersten und zweiten Verbindungselementes innerhalb der Koppel 3 an einem Außenumfang des ersten und zweiten Verbindungselementes angeordnet sind.
Jede der Kugeln 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 bildet eine Verdrehsicherung (in Drehrichtung D) zwischen der Koppel 3 und dem jeweiligen Verbindungselement 1, 2, wobei eine Axialverlagerung (in Längsrichtung L) und eine Schwenkbewegung zwischen der Koppel 3 und dem jeweiligen Verbindungselement 1, 2 ermöglicht ist. Durch diese Freiheitsgrade ist ein Ausgleich eines Parallelversatzes der zu verbindenden Wellen möglich, wie in 3 dargestellt ist.
Zur winkelgenauen Übertragung der Drehbewegung ist eine spielfreie Lagerung der Kugeln 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 in den jeweiligen Nuten 7.1 bis 7.8 gefordert. Dies wird besonders einfach realisiert, indem die Kugeln 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 radial zwischen der Koppel 3 und dem jeweiligen Verbindungselement 1, 2 eingespannt sind. Hierzu sind die nuttragenden Bereiche 3.1 bis 3.4 der Koppel 3 und/oder die nuttragenden Bereiche 3.5, 3.6, 3.7, 3.8 des jeweiligen Verbindungselementes 1, 2 radial federnd ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die nuttragenden Bereiche 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 der Koppel 3 radial federnde Laschen. Die Kugel 4.1 wird somit durch die Federkraft der Lasche 3.1 spielfrei in die Nut 7.1 gedrängt. Die Kugel 4.2 wird durch die radial wirkende Federkraft der Lasche 3.2 in die Nut 7.2 gedrängt. Die Kugel 5.1 wird durch die radial wirkende Federkraft der Lasche 3.3 in die Nut 7.7 gedrängt. Die Kugel 5.2 wird durch die radial wirkende Federkraft der Lasche 3.4 in die Nut 7.8 gedrängt. Die Nuten 7.1 bis 7.8 sind V-förmig, so dass jede seine darin gelagerte Kugel 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 an zwei Punkten berührt, wie im Querschnitt in 2 gut zu erkennen ist.
Die radial wirkende Spannkraft (Richtung R) und die Torsionssteifigkeit der laschenförmigen nuttragenden Bereiche 3.1 bis 3.4 ist derart gewählt, dass ein erforderliches Drehmoment spielfrei und somit winkelgenau übertragen werden kann.
Der Verlauf der Nuten 7.1 bis 7.8 ist axial, das heißt parallel zur Längsrichtung L. Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, kann es vorteilhaft sein, wenn die Nuten 7.5, 7.6, 7.7, 7.8 derart ausgebildet sind, dass sich jeweils die darin gelagerte Kugel 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 selbst zentriert. Hierzu ist zumindest jeweils eine einer Kugel 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 zugeordnete Nut 7.5, 7.6, 7.7, 7.8 an einer Stelle tiefer ausgebildet als im übrigen Bereich. Im dargestellten Beispiel sind jeweils die Nuten 7.5, 7.6, 7.7, 7.8 der Koppel 3 konkav geformt.
Das erste Verbindungselement 1 weist darüber hinaus mit der Koppel 3 einen gegenseitigen Eingriff 10 auf, der die zulässige freie Bewegung zwischen dem Verbindungselement 1 und der Koppel 3 begrenzt. Dieser Eingriff 10 besteht aus einem axial wirkenden Anschlag der Koppel 3 und einem damit kooperierenden axial wirkenden Anschlag des ersten Verbindungselementes 1. Der gleiche Eingriff, gebildet von einem Anschlag der Koppel 3 und einem Anschlag des Verbindungselementes 2 ist zwischen dem Verbindungselement 1 und der Koppel 3 ausgebildet.
Zur Aufrechterhaltung eines Mindestabstandes zwischen dem ersten Verbindungselement 1 und der Koppel 3 sind zentrisch angeordnete Distanzelemente 20 vorgesehen. Im Beispiel bestehen diese aus an der Koppel 3 und an dem ersten Verbindungselement 1 angeordneten und in Längsrichtung L miteinander kooperierenden Anschlägen 21, 22 (3). Derartige Anschläge 23 und 24 sind auch zwischen dem zweiten Verbindungselement 2 und der Koppel 3 angeordnet (3). In nicht gezeigter Weise kann auch eine Kugel zwischen der Koppel 3 und dem ersten Verbindungselement 1 sowie zwischen der Koppel 3 und dem zweiten Verbindungselement 2 als Distanzelement fungieren.

Claims

Wellenkupplung zur winkelgenauen Übertragung einer Drehbewegung zwischen zwei Wellen mit – einem ersten Verbindungselement (1) zur Verbindung mit der ersten Welle; – einem axial vom ersten Verbindungselement (1) beabstandeten zweiten Verbindungselement (2) zur Verbindung mit der zweiten Welle; – einer Koppel (3) zwischen dem ersten Verbindungselement (1) und dem zweiten Verbindungselement (2); – mehreren über den Umfang der Koppel (3) angeordnete Kugeln (4.1, 4.2) zwischen dem ersten Verbindungselement (1) und der Koppel (3), wobei zur drehsteifen Verbindung jede der Kugeln (4.1, 4.2) einerseits in einer axial verlaufenden Nut (7.5, 7.6) eines nuttragenden Bereiches (3.1, 3.2) der Koppel (3) und andererseits in einer axial verlaufenden Nut (7.1, 7.2) eines nuttragenden Bereiches 3.5, 3.6) des ersten Verbindungselementes (1) rollbar gelagert ist, wobei die nuttragenden Bereiche (3.1, 3.2) der Koppel (3) und/oder die nuttragenden Bereiche (3.5, 3.6) des ersten Verbindungselementes (1) radial federnd elastisch ausgebildet sind, um die Kugeln (4.1, 4.2) dazwischen spielfrei einzuspannen; – mehreren über den Umfang der Koppel (3) angeordnete Kugeln (5.1, 5.2) zwischen dem zweiten Verbindungselement (2) und der Koppel (3), wobei zur drehsteifen Verbindung zwischen der Koppel (3) und dem zweiten Verbindungselement (2) jede der Kugeln (5.1, 5.2) einerseits in einer axial verlaufenden Nut (7.7, 7.8) eines nuttragenden Bereiches (3.3, 3.4) der Koppel (3) und andererseits in einer axial verlaufenden Nut (7.3, 7.4) eines nuttragenden Bereiches (3.7, 3.8) des zweiten Verbindungselementes (2) rollbar gelagert ist, wobei die nuttragenden Bereiche (3.3, 3.4) der Koppel (3) und/oder die nuttragenden Bereiche (3.7, 3.8) des zweiten Verbindungselementes (2) radial federnd elastisch ausgebildet sind, um die Kugeln (5.1, 5.2) dazwischen spielfrei einzuspannen.
Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nuttragenden Bereiche (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) der Koppel (3) radial elastisch federnde Zungen sind.
Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (7.1 bis 7.8) derart ausgebildet sind, dass die darin gelagerte Kugel (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) jeweils die einander gegenüberliegenden Flanken einer Nut (7.1, 7.8) nur an einem einzigen Punkt berührt.