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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Riemenscheiben-Baugruppe zur Übertragung eines Drehmoments mittels eines Zugmittels auf eine zylindrische Welle.
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Die Druckschrift
DE 299 15 624 U1 betrifft eine steckbare axial-, radial- und winkelbewegliche, drehelastische Wellenkupplung mit kongruenten Kupplungshälften, die innenseitig mit gegeneinander gerichteten konkav ausgebildeten Klauen versehen sind.
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Die Druckschrift
DE 291 00 391 U1 betrifft eine steckbare axial- und winkelbewegliche Zahnkupplung zur elastischen Drehmomentübertragung von einer Antriebs- auf eine anzutreibende Maschine.
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Bei der Anbindung eines Antriebsmotors an einen elektromechanischen Aktor, wie beispielsweise eine elektromechanische Linearachse, eine Schlittenachse, einen Elektrozylinder oder einen elektromechanischen Rotationsantrieb, wird das Drehmoment des Antriebsmotors auf die Antriebswelle des elektromechanischen Aktors übertragen. Hierbei können radiale und angulare Verlagerungen zwischen Motorwelle und Antriebswelle des Aktors sowie wechselnde Drehmomente oder Drehmomentspitzen auftreten, die typischerweise durch einen Elastomerstern in der Kupplung ausgeglichen bzw. gedämpft werden.
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein modulares Konzept zur Drehmomentübertragung vom Antriebsmotor auf die Antriebswelle eines elektromechanischen Aktors sowohl für axiale wie auch für parallele Motoranordnung bereitzustellen.
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Für die parallele Motoranordnung sieht die Lösung eine besonders gestaltete Riemenscheibe vor, die typische Schnittstellen-Geometrien einer axialen Wellenkupplung nutzt und mit Hilfe eines Elastomersterns auf die Klemmnabe einer axialen Wellenkupplung aufgesteckt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch eine Riemenscheiben-Baugruppe zur Übertragung eines Drehmoments mittels eines Zugmittels auf eine zylindrische Welle gelöst, mit einer Riemenscheibe, die in einer zentralen, zylindrischen Aussparung ein erstes formschlüssiges Drehmomentübertragungsprofil aufweist, das sich radial in die Aussparung hinein erstreckt; einer Klemmnabe, die ein zweites Drehmomentübertragungsprofil aufweist; und einem Elastomerstern zur stoß- und schwingungsdämpfenden Übertragung eines Drehmoments von dem ersten Drehmomentübertragungsprofil der Riemenscheibe auf das zweite Drehmomentübertragungsprofil an der Klemmnabe. Die Riemenscheibe kann eine Zahnriemenscheibe sein. Durch den Elastomerstern wird eine Kopplung erreicht, die Drehmomentspitzen abfedert und trotzdem eine geringe axiale Baulänge aufweist. Zudem wird eine Anbindung an Standardbauteile ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Riemenscheiben-Baugruppe eine Klemmnabe, die eine Aussparung zur Aufnahme einer zylindrischen Welle und eine Klemmgeometrie zur kraftschlüssigen Fixierung der Klemmnabe auf der zylindrischen Welle aufweist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Riemenscheibe auf schnelle und einfache Weise an der Antriebswelle befestigt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Riemenscheiben-Baugruppe weist die Klemmnabe einen zylindrischen Zentrierabschnitt zum Einfügen in die korrespondierende Aussparung der Riemenscheibe auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein guter Rundlauf der Riemenscheibe erzielt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Riemenscheiben-Baugruppe weist der Elastomerstern einen Ringabschnitt auf, von dem sich nockenförmige Übertragungsabschnitte radial nach außen erstrecken. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Flächenpressung am Elastomerstern möglichst gering bleibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Riemenscheiben-Baugruppe weisen die Übertragungsabschnitte des Elastomersterns eine teilsektorförmige Form auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich das Drehmoment effizient durch Kontaktflächen übertragen lässt, die senkrecht zu den wirkenden Umfangskräften angeordnet sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Riemenscheiben-Baugruppe weisen die Übertragungsflächen der Übertragungsabschnitte am Elastomerstern eine nach außen gewölbte Form auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Winkelverlagerung der Riemenscheibe ausgeglichen werden kann und der Elastomerstern leichter in die Aussparung einsetzbar ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Riemenscheiben-Baugruppe weisen die Übertragungsabschnitte des Elastomersterns ein geringes Übermaß gegenüber dem zwischen den Drehmomentübertragungsprofilen vorhandenen Bauraum auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass zwischen dem Drehmomentübertragungsprofil der Riemenscheibe und dem Drehmomentübertragungsprofil der Klemmnabe beim Einsetzen des Elastomersterns eine Vorspannung erzielt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Riemenscheiben-Baugruppe umfassen das erste Drehmomentübertragungsprofil und/oder das zweite Drehmomentübertragungsprofil zwei oder mehr teilsektorförmige Abschnitte. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass sich das Drehmoment effizient durch Kontaktflächen übertragen lässt, die senkrecht zu den wirkenden Umfangskräften angeordnet sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Riemenscheiben-Baugruppe umfasst die Riemenscheibe einen vorstehenden Lagerbund zur Aufnahme eines Wälzlagers. Durch diese Gegenlagerung am freien Ende der Riemenscheibe wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass radiale Belastungen des Spindellagers gegenüber einer fliegenden Lagerung reduziert werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Riemenscheiben-Baugruppe ist der Elastomerstern axial in die Aussparung der Riemenscheibe einschiebbar. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Montage des Elastomersterns auf einfache Weise durchgeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Riemenscheiben-Baugruppe umfasst die Riemenscheibe eine Öffnung zum Befestigen der Riemenscheibe an einem Zentralgewinde in der Antriebswelle mittels einer Zentralschraube. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Riemenscheibe gegen axiales Auswandern im Betrieb gesichert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Riemenscheiben-Baugruppe weist die Öffnung einen konischen Rand auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Baulänge durch Verwendung einer Zentralschraube mit Senkkopf weiter verringert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Riemenscheiben-Baugruppe ist der Elastomerstern aus Polyurethan gebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Elastomerstern gute und dauerhafte Elastizitäts- und Dämpfungseigenschaften aufweist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Befestigungssystem gelöst, mit einer Riemenscheiben-Baugruppe nach dem erstem Aspekt; einer Antriebswelle, an der die Riemenscheibe mittels einer Klemmnabe und einem Elastomerstern befestigt ist, und einem Spindellager, dessen eine Seite auf der Antriebswelle mittels der Klemmnabe axial fixiert ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass kein Gewinde und kein zusätzliches Bauteil benötigt werden, um das Spindellager axial zu fixieren.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Befestigungssystems ist die andere Seite des Spindellagers durch eine umlaufende Stufe in der Antriebswelle fixiert. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Verschiebung des Spindellagers auf der Antriebswelle wirksam verhindert wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine Explosionsansicht einer Riemenscheibe mit einer Antriebswelle;
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2 eine isometrische Querschnittsansicht der Riemenscheibe mit Gegenlager auf einer Antriebswelle;
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3 eine planare Querschnittsansicht der Riemenscheibe auf einer Antriebswelle;
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4 mehrere Ansichten einer Klemmnabe;
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5 mehrere Ansichten einer Riemenscheibe; und
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6 eine isometrische Ansicht einer parallelen Motoranbindung.
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1 zeigt eine Explosionsansicht einer Riemenscheibe 101 mit einer Antriebswelle 115. Die Riemenscheibe 101 weist am Außenumfang ein Zahnprofil auf und dient zum Anbinden eines Antriebsmotors mittels eines aufgelegten Zahnriemens. In der Mitte der Riemenscheibe 101 ist eine zentrale, zylindrische Aussparung 103 angeordnet.
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Die Aussparung 103 umfasst ein Drehmomentübertragungsprofil 105, das sich radial in die Aussparung 103 hinein erstreckt und durch zwei im Querschnitt teilsektorförmige Vorsprünge gebildet wird. Das Drehmomentübertragungsprofil 105 dient zum Übertragen eines Drehmoments, das über den Zahnriemen eingeleitet wird, auf einen eingesetzten Elastomerstern 107. Im Allgemeinen kann das Drehmomentübertragungsprofil 105 auch eine andere Form aufweisen, solange dieses dazu geeignet ist, das Drehmoment formschlüssig von der Riemenscheibe 101 auf den Elastomerstern 107 zu übertragen.
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Der Elastomerstern 107 ist formschlüssig zwischen dem Drehmomentübertragungsprofil der Riemenscheibe 101 und dem Drehmomentübertragungsprofil einer Klemmnabe 111 ausgebildet.
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Der Elastomerstern 107 wird in die Aussparung 103 der Riemenscheibe 101 in axialer Richtung eingesetzt. Der Elastomerstern 107 umfasst einen Ringabschnitt 125, von dem aus sich vier Übertragungsabschnitte 129 radial nach außen erstrecken. Die seitlichen Übertragungsflächen 131 der Übertragungsabschnitte 129 liegen an dem Drehmomentübertragungsprofil 105 in der Aussparung 103 der Riemenscheibe 101 an. Die Übertragungsabschnitte 129 nehmen dadurch das Drehmoment von der Riemenscheibe 101 auf.
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Der Elastomerstern 107 dient zum Übertragen eines Drehmoments vom Drehmomentübertragungsprofil 105 der Riemenscheibe 101 auf ein weiteres Drehmomentübertragungsprofil 109 an einer Klemmnabe 111. Der Elastomerstern 107 bewirkt einen Formschluss zwischen den beiden Drehmomentübertragungsprofilen 105 und 109. Durch den Formschluss werden sowohl eine axiale wie auch eine parallele Motoranbindung ermöglicht. Der Elastomerstern 107 kann beispielsweise aus Polyurethan gebildet sein.
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Die Klemmnabe 111 umfasst eine Aussparung 113, in die die Antriebswelle 115 eingesetzt wird und eine Klemmgeometrie 117 zur kraftschlüssigen Fixierung der Klemmnabe auf der Antriebswelle 115. Die Klemmgeometrie 117 wird durch einen Schlitz gebildet, der sich in axialer Richtung erstreckt und der mittels einer Schraube 133 verengt werden kann. Durch Festziehen der Schraube 133 kann daher die Klemmnabe 111 an der Antriebswelle 115 befestigt werden. Die Klemmnabe 111 dient als Kupplung zwischen der Antriebswelle 115 und dem Elastomerstern 107.
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Die Klemmnabe 111 umfasst als integralen Abschnitt einen zylindrischen Zentrierabschnitt 127, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Aussparung 103 entspricht. Der Zentrierabschnitt 127 wird in die Aussparung 103 eingesetzt, so dass die Klemmnabe 111 exakt in der Mitte der Riemenscheibe 101 zentriert ist. Die Riemenscheibe 101 wird somit über den Zentrierdurchmesser am Außendurchmesser der Klemmnabe 111 zentriert.
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Auf dem Zentrierabschnitt 127 ragen in axialer Richtung zwei teilsektorförmige Abschnitte heraus, die als zweites Drehmomentübertragungsprofil 109 dienen. Das Drehmomentübertragungsprofil 109 der Klemmnabe 111 liegt ebenfalls an den seitlichen Übertragungsflächen 131 des Elastomersterns 107 an. Im Allgemeinen kann das Drehmomentübertragungsprofil 109 auch eine andere Form aufweisen, solange dieses dazu geeignet ist, das Drehmoment vom Elastomerstern 107 formschlüssig auf die Antriebswelle 115 zu übertragen. Die Riemenscheibe 101 wird axial mittels einer Zentralschraube 119 an einem Zentralgewinde in der Antriebswelle 115 befestigt.
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Die formschlüssige Kombination der Riemenscheibe 101 mit dem Elastomerstern 107 und der Klemmnabe 111 löst auf einfache Art und Weise das Problem der mechanischen Verbindung zwischen der Riemenscheibe 101 und der Antriebswelle 115 eines elektromechanischen Aktors. Die Kombination kann auch bei geometrisch beengten Einbausituationen verwendet werden und erlaubt eine modulare Architektur für die Schnittstelle zwischen der Antriebswelle 115 eines elektromechanischen Aktors und einem Motoranbausatz. Es entsteht eine steckbare, aber drehsteife Verbindung zwischen Riemenscheibe 101 und der Klemmnabe 111. Der Elastomerstern 107 dient zum Ausgleich radialer und angularer Wellenverlagerungen bei axialer Motoranordnung sowie zur Stoß- und Schwingungsdämpfung bei axialer und paralleler Motoranordnung.
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2 zeigt eine isometrische Querschnittsansicht der Riemenscheibe 101 auf einer Antriebswelle 115. Die Riemenscheibe 101 umfasst einen vorstehenden und um die Mitte umlaufenden Lagerbund 135 zum Fixieren eines Wälzlagers 123. Das Wälzlager 123 dient als Gegenlager zu einem Spindellager 121, so dass hohe radiale Belastungen des Spindellagers 121, die bei fliegender Lagerung auftreten würden, reduziert werden können. Das Wälzlager 123 kann auf dem Lagerbund 135 an der Riemenscheibe 101 aufgepresst sein.
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Die äußere Seite des Spindellagers 121 ist in axialer Richtung durch die Klemmnabe 111 fixiert. Die andere Seite des Spindellagers 121 ist durch eine umlaufende Stufe in der Antriebswelle 115 fixiert. Dadurch kann die axial spielfreie Fixierung des Spindellagers 121 unter Verwendung der Klemmnabe 111 sichergestellt werden. Die Antriebswelle 115 benötigt daher kein Gewinde, um das Spindellager 121 zu fixieren.
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3 zeigt eine planare Querschnittsansicht der Riemenscheibe 101 auf der Antriebswelle 115. Die Riemenscheibe 101 weist eine zentrale Öffnung 137 zur Durchführung einer Zentralschraube auf, mit der die Riemenscheibe 101 an einem Zentralgewinde in der Antriebswelle 115 axial fixiert werden kann. Nach außen hin kann die Öffnung 137 einen konischen Rand aufweisen, so dass eine Senkkopfschraube eingesetzt werden kann. Die Riemenscheibe 101 wird daher durch die Zentralschraube 119 mit Senkkopf gesichert, die in ein Innengewinde in der Antriebswelle 115 der Spindel eingeschraubt wird.
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Insgesamt entsteht dadurch ein Befestigungssystem für die Riemenscheibe 101, bei dem das Spindellager 121 zwischen der Klemmnabe 111 und der umlaufende Stufe in der Antriebswelle 115 fixiert ist. Da in dem Befestigungssystem die Klemmnabe 111 zusätzlich zu ihrer Funktion als kraftschlüssiges Drehmomentübertragungs-Element auch zur axialen Fixierung der Spindellagerung verwendet wird, kann die axiale Baulänge des Befestigungssystems reduziert werden.
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4 zeigt mehrere Ansichten der Klemmnabe 111. Die Klemmnabe 111 umfasst ein Drehmomentübertragungsprofil 109, das durch zwei Abschnitte gebildet ist, die in axialer Richtung aus dem zylindrischen Zentrierabschnitt 127 herausstehen. Diese Abschnitte weisen im Wesentlichen eine im Querschnitt teilsektorförmige Form auf. Der zylindrische Zentrierabschnitt 127 bildet einen umlaufenden Rand, der seitlich hervorsteht und der eine Zentrierung der Riemenscheibe 101 auf der Klemmnabe 111 erleichtert. Die Abschnitte des Drehmomentübertragungsprofils 109 sind an gegenüberliegenden Seiten der Klemmnabe 111 angeordnet. Zwischen diesen Abschnitten befindet sich eine Öffnung 143 mit konischen Rand zum Einsetzen einer Senkkopfschraube.
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Die Klemmgeometrie 117 umfasst einen Spalt, der sich beim Anziehen der Schraube 113 verengt und so eine kraftschlüssige Befestigung der Klemmnabe 111 an der Antriebswelle bewirkt. Die Geometrie der Klemmnabe 111 kann zum Aufstecken der Riemenscheibe 101 mit Hilfe eines Elastomersterns 107 verwendet werden. Der so entstehende Formschluss zwischen Klemmnabe 111, Elastomerstern 107 und Riemenscheibe 101 kann zur Drehmomentübertragung für eine parallele Motoranbindung genutzt werden. Dies erspart eine Welle-Nabe-Verbindung der Riemenscheibe 101 mit Hilfe von konischen Spannhülsen und erlaubt eine effiziente Teilefertigung aufgrund weniger seriennaher Einzelteile.
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5 zeigt mehrere Ansichten der Riemenscheibe 101. Die Riemenscheibe 101 umfasst die zylindrische Aussparung 103, die das Drehmomentübertragungsprofil 105 aufweist, das sich radial in die Aussparung 103 hinein erstreckt. Das Drehmomentübertragungsprofil 105 wird durch zwei im Wesentlichen teilsektorförmige Abschnitte gebildet. Diese Abschnitte sind an gegenüberliegenden Seiten im Inneren der Aussparung 103 angeordnet. An dem Außenumfang weist die Riemenscheibe 101 ein Zahnprofil 145 auf, das die Übertragung eines Drehmoments mittels eines Zahnriemens ermöglicht. Der Elastomerstern 107 wird in die Aussparung 103 eingesetzt.
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6 zeigt eine isometrische Ansicht einer parallelen Motoranbindung. Die Achse des Motors 141 ist parallel zur Achse der Antriebswelle 115 angeordnet. Der Motor 141 ist beispielsweise ein Elektrodrehmotor. Das Drehmoment wird von dem Motor 141 über den Zahnriemen 139 auf die Riemenscheibe 101 übertragen. Von der Riemenscheibe 101 wird das Drehmoment über den Elastomerstern 107 auf die Antriebswelle 115 übertragen, die mit dem Wälzlager 121 gelagert ist.
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Die zentrale Schnittstelle des Elastomersterns 107, die sowohl für den axialen Motoranbau (Standard-Kupplung) als auch für den parallelen Motoranbau dienen kann, erlaubt ein modulares Gesamtkonzept des Motoranbaus und eine geringe axiale Baulänge.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Riemenscheiben-Baugruppe
- 101
- Riemenscheibe
- 103
- Aussparung
- 105
- Drehmomentübertragungsprofil
- 107
- Elastomerstern
- 109
- Drehmomentübertragungsprofil
- 111
- Klemmnabe
- 113
- Aussparung
- 115
- Antriebswelle
- 117
- Klemmgeometrie
- 119
- Zentralschraube
- 121
- Spindellager
- 123
- Wälzlager
- 125
- Ringabschnitt
- 127
- Zentrierabschnitt
- 129
- Übertragungsabschnitt
- 131
- Übertragungsfläche
- 133
- Schraube
- 135
- Lagerbund
- 137
- Öffnung
- 139
- Zahnriemen
- 141
- Motor
- 143
- Öffnung
- 145
- Zahnprofil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29915624 U1 [0002]
- DE 29100391 U1 [0003]
