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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stopfkupplung, einen
Elektromotor mit einer Stopfkupplung und eine Verwendung einer Stopfbuchse,
insbesondere zur Ankopplung einer beweglichen Stange.
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Bewegliche
Stangen werden in der Mechanik zur Kraftübertragung eingesetzt.
Zur Übertragung eines Drehmoments kann eine Welle verwendet
werden.
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Um
eine drehende Welle oder eine hin- und hergehende Stange aus einem
Gehäuse gegen einen einwirkenden Flüssigkeits-
oder Dampfdruck abzudichten kann eine Stopfbuchse verwendet werden. Eine
Stopfbuchse weist als Dichtung ein Stopfelement, auch Stopfbuchspackung
genannt und ein Stopfbuchsgehäuse auf. Das Stopfbuchsgehäuse kann
mit dem Stopfelement mittels Schrauben oder Federn verpresst werden.
Dadurch kann ein Dichtspalt auf ein den Betriebsbedingungen angepasstes
Minimum eingestellt werden.
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6 zeigt
eine mögliche Konstruktion eines Manometer Absperrventils
unter Verwendung einer Stopfbuchse. Das Manometer Absperrventil
ist unter http://www.bollin.de/Barstockventile/b2.htm beschrieben
und weist unter anderem eine Spindel 603, ein Kopfstück 604,
einen Abstreifring 605, eine Packung 606, eine
Stopfbuchse 607 und eine Kontermutter 608 auf.
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Um
die Beweglichkeit der Welle oder hin- und hergehenden Stange nicht
zu beeinträchtigen, wird eine möglichst geringe
Reibung des Stopfelements angestrebt. Somit eignet sich eine Stopfbuchse
in der herkömmlichen Verwendung nicht zur mechanischen
Ankopplung der Welle oder beweglichen Stange.
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Eine
Ankopplung einer Welle lässt sich z. B. mittels einer Bolzenkupplung
oder einer Klauenkupplung realisieren. Ist bei der Ankopplung eine
Schwingungsdämpfung erwünscht, so kann die Bolzen-
oder Klauenkupplung eine Elastomereinlage aufweisen. Solche Kupplungen
bauen größer und sind in kleineren Stückzahlen
nicht kostengünstig herstellbar.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Stopfkupplung, einen
Elektromotor mit einer Stopfkupplung und eine Verwendung einer Stopfbuchse
zu schaffen, die eine Ankopplung einer beweglichen Stange ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Stopfkupplung gemäß Anspruch
1, einen Elektromotor mit einer Stopfkupplung gemäß Anspruch
13 und eine Verwendung einer Stopfbuchse gemäß Anspruch
14 gelöst.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, das sich die
prinzipielle Konstruktion einer Stopfbuchse als einfache und Platz
sparende Lösung zur Schwingungsdämpfung und Ankopplung bzw.
Befestigung eines Endes einer beweglichen Stange und insbesondere
auch eines Wellenendes verwenden lässt.
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Ein
Vorteil der Erfindung liegt darin, dass auf kleinstem Raum sowohl
eine Momentkopplung als auch eine Lagerung und Schwingungsdämpfung
erfolgen kann. Handelt es sich bei der beweglichen Stange um eine
Welle, so ist eine Drehmomentkopplung möglich.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Stopfkupplung zur Ankopplung
einer beweglichen Stange, mit folgenden Merkmalen:
einem Gehäuse;
und
einem Stopfelement, das so an dem Gehäuse anordenbar
ist, das aufgrund einer Reibung des Stopfelements eine mechanische
Kopplung zwischen der beweglichen Stange und dem Gehäuse
erzeugbar ist.
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Die
erfindungsgemäße Stopfkupplung kann als Kupplung
oder ganz allgemein zur Befestigung von beweglichen Stangen oder
Wellen sowie zur Schwingungsdämpfung eingesetzt werden.
Die Stopfkupplung bietet die Möglichkeit zur Miniaturisierung
und ist somit insbesondere auch in miniaturisierten Systemen einsetzbar.
Durch die Einfachheit der Konstruktion ist die Stopfkupplung auch
in kleineren Stückzahlen kostengünstig herstellbar.
Ferner kann die Stopfkupplung auch als Überlastsicherung
dienen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner einen Elektromotor mit folgenden
Merkmalen:
einem Rotor; und
einer Stopfkupplung gemäß der
vorliegenden Erfindung, wobei die Stopfkupplung mit dem Rotor mechanisch
verbunden ist.
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Ferner
schafft die vorliegende Erfindung eine neue Verwendung einer Stopfbuchse
mit einem Gehäuse und einem Stopfelement, zur Erzeugung
einer mechanischen Kopplung zwischen einer beweglichen Stange und
dem Gehäuse der Stopfbuchse.
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Der
Kern der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass entgegen der
Stopfbuchse eine möglichst große Reibung angestrebt
wird. Durch diese Umkehrung der Vorgabe entsteht eine neue Funktion.
In anderen Worten ausgedrückt, wird das der Erfindung zugrunde
liegende Prinzip in gegenteiliger Weise als Stopfbuchse benutzt,
wobei im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung, eine möglichst
geringe Reibung angestrebt wird.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Darstellung einer erfindungsgemäßen Stopfkupplung;
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2 eine
weitere Darstellung der erfindungsgemäßen Stopfkupplung;
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3 eine
Darstellung der erfindungsgemäßen Stopfkupplung
mit einer Kugelgewindetriebeinheit;
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4 eine
weitere Darstellung der erfindungsgemäßen Stopfkupplung
mit der Kugelgewindetriebeinheit;
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5 eine
Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektromotors;
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6 eine
schematische Darstellung einer Stopfbuchse gemäß dem
Stand der Technik; und
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7 eine
schematische Darstellung einer Stopfbuchse gemäß dem
Stand der Technik.
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In
der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen
Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente
gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine
wiederholte Beschreibung dieser Elemente vermieden wird.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf der prinzipiellen Konstruktion
einer Stopfbuchse. Erfindungsgemäß wird die Stopfbuchse
jedoch nicht vorrangig zur Abdichtung einer sich drehenden Welle bzw.
einer sich hin- und her bewegenden Stange sondern zur Befestigung
bzw. Ankopplung der Welle bzw. Stange verwendet.
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7 zeigt
einen weiteren prinzipiellen Aufbau einer Stopfbuchse 700.
Die Stopfbuchse 700 weist ein Gehäuse 701 in
Form einer flanschähnlichen Hülse, ein Stopfelement 705 in
Form einer Stopfpackung und eine Verbindungseinrichtung 707 in
Form einer Schraubverbindung auf. Das Gehäuse 701 umschließt
eine Welle 708. Das Stopfelement 705 ist zwischen
dem Gehäuse 701 und der Welle 708 angeordnet.
Die Verbindungseinrichtung 707 ist ausgebildet, um einen
Stopfdruck auf das Stopfelement 705 auszuüben.
Durch den Stopfdruck wird das Stopfelement 705 in Bezug
auf die Welle 708 axial verpresst. Daraus resultiert eine
radiale Pressung des Stopfelements 705 auf die Welle 708.
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Die
Stopfbuchse 700 wird zur Ankopplung der Welle 708 verwendet.
Durch Einstellen der radialen Pressung des Stopfelements 705 kann
eine zur Ankopplung der Welle 708 erforderliche Reibung
zwischen der Welle 708 und dem Stopfelement 705 erreicht
werden. Die Reibung kann dabei so eingestellt werden, dass über
das Stopfelement 705 ein Drehmoment zwischen der Welle 708 und
dem Gehäuse 701 übertragbar ist. Zusätzlich
kann das Stopfelement 705 als Dichtelement wirken.
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1 zeigt
eine Stopfkupplung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Stopfkupplung 100 weist
ein Gehäuse in Form eines Überwurfrings 101,
eine Anlaufscheibe 102, Füllringe 103, 104,
ein Stopfelement 105 in Form von vier R-Ringen und eine
Verbindungseinrichtung 107 in Form einer Mehrzahl von Zylinderschrauben
auf. Die Füllringe 103, 104 können
nach Bedarf zum Toleranzausgleich eingelegt werden. Das Stopfelement 105 wird
zwischen dem Überwurfring 101 und den Füllringen 103, 104 bzw.
der Anlaufscheibe 102 angeordnet. Die Stopfkupplung 100 kann
zur Ankopplung einer drehbaren Welle 108 verwendet werden.
Dazu weisen der Überwurfring 101 und das Stopfelement 105 Öffnungen
auf, in die die bewegliche Stange 108 eingeführt
werden kann.
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Dreht
sich die Welle 108, so tritt zwischen sich berührenden
Flächen der Welle 108 und des Stopfelements 105 Reibung
auf. Durch die Reibung kann eine Drehbewegung der Welle 108 auf
das Stopfelement 105 übertragen werden. Von dem Stopfelement 105 kann
die Drehbewegung ebenfalls über Reibung oder durch geeignete
Verbindungen auf den Überwurfring 101 oder andere
geeignete Teile des Gehäuses der Stopfkupplung 100 übertragen werden.
Somit kann ein Drehmoment zwischen der Welle 108 und dem
Gehäuse der Stopfkupplung übertragen werden.
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Die
zwischen Welle 108 und Stopfelement 105 auftretende
Reibung ist abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit
sowie den Materialien der Welle 108 bzw. des Stopfelements 105 sowie
von einem Anpressdruck mit dem das Stopfelement 105 auf
die Welle 108 drückt. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel kann durch Schließen der Zylinderschrauben 107 ein
Stopfdruck zwischen dem Überwurfring 101 und der
Anlaufscheibe 102 bzw. den Füllringen 103, 104 aufgebaut
werden, der axial auf die R-Ringe des Stopfelements 105 wirkt.
Aufgrund des Stopfdrucks verformen sich die Ringe des Stopfelements 105,
so dass der Anpressdruck des Stopfelements 105 auf die
Welle 108 entsteht. Somit kann eine Größe
des Anpressdrucks und damit eine Größe der Reibung
zwischen Stopfelement 105 und Welle 108 mittels
der Verbindungseinrichtung 107 eingestellt werden.
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Die
Reibung kann so eingestellt werden, dass ein übertragbares
Drehmoment zwischen der Welle 108 und dem Stopfelement 105 auf
einen maximalen Drehmomentswert begrenzt wird. Wenn das zu übertragende
Drehmoment den maximalen Wert erreicht oder übersteigt,
wird eine durch die Reibung hervorgerufene Haftkraft zwischen der
Welle 108 und dem Stopfelement 105 überschritten
und das Stopfelement 105 kann als Rutschkupplung wirken.
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Das
Stopfelement 105 kann ferner dazu beitragen, dass Schwingungen
gedämpft werden, die zwischen der Welle 108 und
dem Gehäuse der Stopfkupplung auftreten können.
Dazu kann das Stopfelement aus einem schwingungsdämpfenden
Material, beispielsweise einem Elastomer aufgebaut sein. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel weist das Stopfelement 105 vier
Elastomerringe auf, deren Innenseiten jeweils an die Welle 108 angrenzen.
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Gemäß dem
in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die
Welle 108 mit einem Rotor mit Loslager eines Elektromotors
verbunden. Somit kann die erfindungsgemäße Stopfkupplung 100 zur
Ankupplung einer Antriebswelle eines Motors eingesetzt werden.
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2 zeigt
die in 1 gezeigte Stopfkupplung 100 mit dem
Rotor 109 im zusammengebauten Zustand.
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3 zeigt
die in 2 gezeigte Vorrichtung, bestehend aus Stopfkupplung 100 und
Rotor 109, im Zusammenhang mit einer Kugelgewindetriebeinheit 310,
mit der eine Spindel 312 angetrieben werden kann. Zur mechanischen
Verbindung der Stopfkupplung 100 mit der Kugelgewindetriebeinheit 310 kann
die Stopfkupplung 100 eine Anschlusseinrichtung aufweisen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird
die mechanische Verbindung zwischen Stopfkupplung 100 und
Kugelgewindetriebeinheit 310 mittels der Zylinderschrauben 107 realisiert.
Somit kann ein Drehmoment von der Welle 108 über
die Stopfkupplung 100 auf die Kugelgewindetriebeinheit 310 übertragen
werden und zum Antrieb der Spindel 312 eingesetzt werden.
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Treten
im Betrieb Schwingungen zwischen Rotor 109 und der Kugelgewindetriebeinheit 310 auf, so
können diese durch das Stopfelement der Stopfkupplung 100 gedämpft
werden. Das Stopfelement kann dabei auch einen Winkelversatz ausgleichen.
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4 zeigt
die in 3 gezeigte Stopfkupplung 100 mit dem
Rotor 109 sowie der Kugelgewindetriebeinheit 310 im
zusammengebauten Zustand. Zwischen der Stopfkupplung 100 und
der Kugelgewindetriebeinheit 310 kann ein als Stopfweg
bezeichneter Spalt 414 verbleiben.
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Alternativ
zu der in den 1 bis 4 gezeigten
konstruktiven Lösung der Stopfkupplung 100 ist
es auch möglich, die Stopfkupplung 100 durch eine Überwurfmutter
zu schließen. Eine zusätzliche Zentrierung erhöht
die Laufruhe und vereinfacht die Montage. Durch Sortierung oder
durch Erhöhung des Stopfweges 414 kann der Stopfdruck
auch ohne die in 1 gezeigten Distanzringe 103, 104 erreicht werden.
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Alternativ
zu der in den 3 und 4 gezeigten
Kugelgewindetriebeinheit 310 kann die Stopfkupplung 100 mit
einer beliebigen Nabe verbunden werden.
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5 zeigt
einen E-Servo Zylinder. In dem Zylinder ist ein Elektromotor mit
dem in 1 gezeigten Rotor 109 und der Welle 108 in
Form einer Rotorhülse, die in 1 gezeigte
Stopfkupplung 100 sowie die in 3 gezeigte
Kugelgewindetriebeinheit 310 mit der Spindel 312 angeordnet.
Eine Drehung des Elektromotors kann mittels der Stopfkupplung 100 und
der Kugelgewindetriebeinheit 310 bewirken, dass die Spindel 312 aus
dem Zylinder raus geschoben bzw. eingezogen wird.
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Von
der in 1 gezeigten Stopfkupplung 100 sind in 5 die
Anlaufscheibe 102 und die Zylinderschrauben 107 mit
Bezugszeichen versehen.
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Der
Elektro- oder Servomotor mit einem Stator 546 und dem Rotor 109 ist über
die Rotorhülse 108 mit der Stopfkupplung 100 gekoppelt.
Die Stopfkupplung 100 ist über die Zylinderschrauben 107 mechanisch
mit der Kugelgewindetriebeinheit 310 verbunden. Die Kugelgewindetriebeinheit 310 ist
gegenüber einem Innengehäuse 506 drehbar
gelagert.
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Der
erfindungsgemäße Ansatz ermöglicht es,
in einem eng begrenzten Bauraum eine Welle schwingungsgedämpft
anzukoppeln. Die Kupplung kann dabei möglichst gute Dämpfungseigenschaften haben,
das Wellenende zentrieren und lagern, sowie ein Drehmoment sicher übertragen.
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Die
gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt.
Insbesondere kann der konstruktive Aufbau der Stopfkupplung anders
realisiert werden, sofern über das Stopfelement die gewünschte
mechanische Kopplung realisierbar ist. Beispielhaft sei auf die
in 6 gezeigte Konstruktion verwiesen, bei der das
Stopfelement selbst als Stopfbuchse bezeichnet wird, im Gegensatz
zu einer Überwurfmutter kein Innen- sondern ein Außengewinde
hat und in das Gehäuse hinein geschraubt wird.
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Generell
ist die Formgebung, Anzahl und Anordnung der Elemente nicht auf
die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Insbesondere kann das Stopfelement eine geringere oder größere
Anzahl von Ringen aufweisen oder eine abweichende Formgebung aufweisen.
Ebenso kann die Verbindungseinrichtung anstelle der Zylinderschrauben
andere Elemente aufweisen, die geeignet sind, um einen Stopfdruck
auf das Stopfelement auszuüben. Die Verbindungseinrichtung
kann als Teil des Gehäuses den Stopfdruck direkt auf das
Stopfelement ausüben. Zusätzlich oder alternativ
kann die Verbindungseinrichtung den Stopfdruck indirekt auf das Stopfelement
ausüben, in dem die Verbindungseinrichtung einen Druck
auf das Gehäuse der Stopfkupplung ausübt.
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Anstelle
einer drehbaren Welle kann der erfindungsgemäße
Ansatz auch zur Ankopplung an eine bewegliche Stange eingesetzt
werden, die beispielsweise Bewegungen in axialer Richtung ausführt.
In diesem Fall ermöglicht das Stopfelement aufgrund der
Reibung an der beweglichen Stange eine mechanische Kopplung zwischen
der beweglichen Stange und dem Gehäuse der Stopfkupplung.
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Generell
kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Stopfbuchse
mit einem Gehäuse und einem Stopfelement, das ursprünglich
zur Abdichtung konzipiert war, zur mechanischen Ankopplung verwendet
werden. Um die erforderliche Reibung zu erzeugen kann im Vergleich
zur Nutzung der Stopfbuchse als Dichtelement, der Stopfdruck auf
das Stopfelement erhöht werden oder das Material oder die
Formgebung des Stopfelements verändert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - http://www.bollin.de/Barstockventile/b2.htm [0004]