DE102018117230B4 - Resonance compensated stator coupling - Google Patents

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Abstract

Eigenfrequenz-optimierte Kupplung (10), insbesondere eine Statorkupplung (12), zur drehfesten Verbindung eines ersten Bauteils, insbesondere eines Drehgebers (14) mit Geberwelle, an einem zweiten Bauteil, insbesondere einem zu messenden System mit einer zu messenden Welle, wobei die Kupplung (10), wenn die Bauteile drehfest miteinander verbunden sind, in einer axialen Richtung (Z) zwischen den Bauteilen angeordnet ist und koaxial zu den Bauteilen ausgerichtet ist, wobei die Kupplung (10) eingerichtet ist, axiale und/oder radiale Relativbewegungen zwischen den Bauteilen innerhalb von Toleranzgrenzen zuzulassen und wobei ein Körper (18) der Kupplung (10) aufweist:einen ringförmigen Zentralabschnitt (20), der sich in einem unbelasteten Zustand in einer im Wesentlichen radial orientierten, ersten Ebene erstreckt und der eine mittig angeordnete Durchtrittsöffnung (26) für koaxial zu verbindende, rotierende Wellen der Bauteile aufweist;mindestens zwei primäre Flügelabschnitte (22), die sich radial an den Zentralabschnitt (20) anschließen und die in einer Umfangsrichtung (U) äquidistant angeordnet sind;wobei jeder der primären Flügelabschnitte (22) einen Montageabschnitt (32), der sich in einer zweiten Ebene, parallel zur ersten Ebene erstreckt und der eine Montageöffnung (36) aufweist, und einen Verbindungsabschnitt (34) aufweist, der den Montageabschnitt (32) mit dem Zentralabschnitt (20) verbindet;wobei sich jeder der Verbindungsabschnitte (34) in einer Ebene erstreckt, die mit der ersten Ebene einen spitzen Anstellwinkel (38) einschließt, wobei der Anstellwinkel (38) so gewählt ist, dass eine vorgegebene Eigenfrequenz, die auf einem gemeinsamen Trägheitsmoment der Kupplung und des Drehgebers sowie auf einer Torsionsfederkonstanten der Kupplung basiert, nicht unterschritten wird.Natural frequency-optimized coupling (10), in particular a stator coupling (12), for the rotationally fixed connection of a first component, in particular a rotary encoder (14) with encoder shaft, to a second component, in particular a system to be measured with a shaft to be measured, the coupling (10), when the components are connected to one another in a rotationally fixed manner, is arranged in an axial direction (Z) between the components and is aligned coaxially with the components, the coupling (10) being set up, axial and / or radial relative movements between the components within tolerance limits and wherein a body (18) of the coupling (10) has: an annular central section (20) which extends in an unloaded state in a substantially radially oriented first plane and which has a centrally arranged passage opening (26) for coaxially connected, rotating shafts of the components; at least two primary wing sections (22), which are connect radially to the central section (20) and which are arranged equidistantly in a circumferential direction (U); each of the primary wing sections (22) having a mounting section (32) which extends in a second plane, parallel to the first plane, and which has a mounting opening (36), and has a connecting section (34) connecting the mounting section (32) to the central section (20), each of the connecting sections (34) extending in a plane that is at an acute angle (38 ), with the angle of attack (38) being selected so that it does not fall below a predetermined natural frequency, which is based on a common moment of inertia of the clutch and the rotary encoder and on a torsion spring constant of the clutch.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine (Stator-)Kupplung, die auch eine Drehmomentstütze realisiert. Mit der Statorkupplung wird ein Drehgeber drehfest an einem zu messenden Objekt (z.B. einem Motor bzw. dessen rotierender Welle) befestigt.The present invention relates to a (stator) clutch, which also realizes a torque arm. The stator coupling is used to fix a rotary encoder to an object to be measured (e.g. a motor or its rotating shaft).

Drehgeber sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Drehgeber sind eingerichtet, partielle oder vollständige Umdrehungen einer zu messenden Welle zu erfassen. Drehgeber können z.B. Verwendung in der Antriebstechnik, Automatisierungstechnik, Transporttechnik, Energietechnik, Aufzugtechnik und dergleichen finden. Drehgeber sind eingerichtet, Rotationswinkel bzw. Drehwinkel und/oder Drehzahlen bzw. Anzahl von Umdrehungen rotierender Komponenten eines Messobjekts absolut und/oder relativ zu erfassen. Eine relative Messung kann etwa auch als inkrementale Messung bezeichnet werden.Encoders are well known in the art. Encoders are set up to record partial or complete revolutions of a shaft to be measured. Encoders can e.g. Find use in drive technology, automation technology, transport technology, energy technology, elevator technology and the like. Encoders are set up to record absolute and / or relative rotational angles or rotational angles and / or rotational speeds or the number of revolutions of rotating components of a measurement object. A relative measurement can also be called an incremental measurement.

Mittels eines Drehgeber kann eine Winkelposition im Bereich zwischen 0° und 360° (Single Turn, ST) und/oder eine Anzahl vollständiger Umdrehungen (Multi Turn, MT) eines Messobjekts bestimmt werden. Übliche zu messende Objkete können etwa als Motoren oder Getriebe ausgebildet sein. Ein rotierendes Bauteil des zu messenden Objekts, dessen Bewegung erfasst werden soll, kann etwa als zu messende Welle bezeichnet werden.An angular position in the range between 0 ° and 360 ° (single turn, ST) and / or a number of complete revolutions (multi turn, MT) of a measurement object can be determined by means of a rotary encoder. Typical objects to be measured can be designed as motors or gears, for example. A rotating component of the object to be measured, the movement of which is to be recorded, can be referred to as a shaft to be measured.

Die Montage des Drehgebers kann insbesondere bei z.B. schnelllaufenden und/oder hochbelasteten, zu messenden Wellen hohen Anforderungen an eine Ausrichtung zwischen der zu messenden Welle und einer Geberwelle des Drehgebers stellen. Üblicherweise sollen die zu messenden Wellen und die Geberwelle, die fest miteinander verbunden werden, konzentrisch zueinander ausgerichtet sein.The assembly of the encoder can be especially with e.g. high-speed and / or heavily loaded shafts to be measured place high demands on an alignment between the shaft to be measured and an encoder shaft of the encoder. Usually, the shafts to be measured and the encoder shaft, which are firmly connected to one another, should be aligned concentrically with one another.

Es kann jedoch vorkommen, dass die zu messende Welle statisch und/oder dynamisch (ungewollt) verlagert wird. Derartige Verlagerungen sollen vom Drehgeber möglichst kompensiert werden.However, it can happen that the wave to be measured is shifted statically and / or dynamically (unintentionally). Such shifts should be compensated for as far as possible by the encoder.

Insbesondere stoßartige Belastungen können Deformationen der zu messenden Welle verursachen, die sich auf die Geberwelle auswirken können und die eine Funktionssicherheit des Drehgebers insgesamt beeinträchtigen. Stoßartige Belastungen können bspw. bei unrundlaufenden Maschinen, wie z.B. Verbrennungsmotoren, Pressen oder dergleichen, auftreten. Stoßartige Belastungen können jedoch auch bei Lastwechseln und/oder abrupten Beschleunigen oder Verzögerungen an der zu messenden Welle auftreten.In particular, shock-like loads can cause deformations of the shaft to be measured, which can affect the encoder shaft and impair the overall functional reliability of the encoder. Impact loads can occur, for example, on non-rotating machines, e.g. Internal combustion engines, presses or the like occur. However, sudden loads can also occur during load changes and / or abrupt accelerations or decelerations on the shaft to be measured.

Bekannte Drehgebersysteme weisen deshalb z.B. elastische Wellenkupplungen für einen Toleranzausgleich auf, die zwischen der zu messenden Welle und der Geberwelle angeordnet werden. Elastische Wellenkupplungen können insbesondere nachgiebige, toleranzausgleichende Elemente aufweisen, so dass Lageabweichungen der zu messenden Welle nicht unmittelbar auf die Geberwelle einwirken. Derartige Lösungen haben jedoch häufig den Nachteil, dass nachgiebige Wellenkupplungen die Messungenauigkeit erhöhen. Die Wellenkupplungen dämpfen das Messsignal. Ferner ergibt sich der Nachteil, dass nachgiebige Wellenkupplungen einen gewissen Bauraum beanspruchen, der umso größer ist, je toleranter die Kupplung auf Lagerabweichungen reagieren soll.Known encoder systems therefore have e.g. elastic shaft couplings for tolerance compensation, which are arranged between the shaft to be measured and the encoder shaft. Elastic shaft couplings can have, in particular, flexible, tolerance-compensating elements, so that positional deviations of the shaft to be measured do not act directly on the encoder shaft. However, such solutions frequently have the disadvantage that flexible shaft couplings increase the measurement inaccuracy. The shaft couplings dampen the measurement signal. There is also the disadvantage that flexible shaft couplings take up a certain amount of installation space, which is greater the more tolerably the coupling is to react to bearing deviations.

Ein alternativer Ansatz zur Gestaltung von Drehgebersystemen beruht darauf, die Geberwelle möglichst starr und direkt mit der zu messenden Welle zu verbinden. Es wird dabei bewusst in Kauf genommen, dass die Geberwelle Fehlstellungen oder Lageabweichungen der zu messenden Welle unmittelbar nachvollzieht. Dies hat den Vorteil, dass die Messung hochgenau und ungefiltert erfolgen kann. Bei dieser Gestaltung ist es von Vorteil, ein Gehäuse des Drehgebers derart am Messobjekt zu befestigen, dass ein Toleranzausgleich möglich ist.An alternative approach to designing encoder systems is to connect the encoder shaft as rigidly and directly as possible to the shaft to be measured. It is consciously accepted that the encoder shaft immediately detects misalignments or positional deviations of the shaft to be measured. This has the advantage that the measurement can be carried out with high precision and unfiltered. With this design, it is advantageous to attach a housing of the rotary encoder to the measurement object in such a way that tolerance compensation is possible.

In diesem Fall ist jedoch darauf zu achten, dass sich das Gehäuse des Drehgebers nicht gegenüber dem Messobjekt verdreht. Torsion führt zu einer Erhöhung der Messungenauigkeit. Gleichzeitig wird jedoch angestrebt, das Gehäuse des Drehgebers weich genug aufzunehmen, um Lageabweichungen der zu messenden Welle kompensieren zu können.In this case, however, care must be taken to ensure that the encoder housing does not rotate relative to the measurement object. Torsion leads to an increase in measurement inaccuracy. At the same time, however, the aim is to accommodate the encoder housing softly enough to be able to compensate for positional deviations of the shaft to be measured.

Zu diesem Zweck werden sog. Statorkupplungen eingesetzt. Statorkupplungen verbinden zwei Bauteile drehsteif miteinander, wobei die Statorkupplung jedoch toleranzbedingte radiale und axiale Relativbewegungen der beiden Bauteile zulässt. Häufig werden solche Statorkupplungen bei Drehgebern verwendet, die an Motoren angebaut werden.So-called stator couplings are used for this purpose. Stator couplings connect two components to each other in a torsionally rigid manner, the stator coupling, however, permitting tolerance-related radial and axial relative movements of the two components. Such stator couplings are often used on encoders that are attached to motors.

Die Drehgeberwelle wird dabei starr mit der zu messenden Motorwelle verbunden. Die auf der Drehgeberwelle gelagerte Abtastung muss dabei möglichst drehsteif mit dem Motorgehäuse verbunden werden. Die Statorkupplung dient dazu, unvermeidliche Fluchtungsfehler zwischen der Drehgeberwelle und der Motorwelle und eventuelle axiale Bewegungen (z.B. durch Wärmeausdehnung) der Motorwelle aufzunehmen.The encoder shaft is rigidly connected to the motor shaft to be measured. The scanning mounted on the encoder shaft must be connected to the motor housing as torsionally rigid as possible. The stator coupling is used to accommodate inevitable misalignments between the encoder shaft and the motor shaft and any axial movements (e.g. due to thermal expansion) of the motor shaft.

Die DE 89 15 109 U1 offenbart eine Statorkupplung, die als einstückiges Stanz- und Biegeteil aus einem Federstahlblech hergestellt ist. Die Statorkupplung weist eine ringscheibenförmige ebene Basisfläche mit einem mittigen Durchbruch auf, an welcher diametral zueinander angeordnete Paare von Laschen geformt sind, die senkrecht aus der Ebene der Basisfläche gebogen werden und Montagepunkte zur Befestigung an den Bauteilen aufweisen. Die beiden Paare von Laschen bilden jeweils ein Federparallelogramm, welches eine radiale Auslenkung in der Ebene der Basisfläche in zueinander senkrechten Richtungen zulässt.The DE 89 15 109 U1 discloses a stator coupling which is made as a one-piece stamped and bent part from a spring steel sheet. The stator coupling has an annular disk-shaped flat base surface with a central opening, on which diametrically arranged pairs of tabs are formed, which are perpendicular to the plane the base surface are bent and have mounting points for attachment to the components. The two pairs of tabs each form a spring parallelogram, which allows radial deflection in the plane of the base surface in mutually perpendicular directions.

Statorkupplungen mit senkrechten Laschen weisen mehrere Eigenfrequenzen auf, so dass das Risiko einer Resonanzanregung durch die Drehung der zu messenden Welle groß ist. Tritt der Resonanzfall auf, kommt es zu Messfehlern des Drehgebers. Im schlimmsten Fall misst der Drehgeber gar nichts mehr.Stator couplings with vertical tabs have several natural frequencies, so there is a high risk of resonance excitation due to the rotation of the shaft to be measured. If the resonance case occurs, there are measurement errors of the encoder. In the worst case, the encoder no longer measures anything.

Die DE 100 22 555 A1 offenbart eine Winkelmesseinrichtung. Bei der Winkelmesseinrichtung ist ein Stator über eine axial und radial nachgiebige Kupplung an ein stationäres Motorgehäuse gekoppelt. Die Kupplung ist derart ausgestaltet, daß sie beim axialen Heranführen der Winkelmesseinrichtung an das Motorgehäuse selbständig verdrehsteif an einer Fläche des Motorgehäuses klemmt und sich verspreizt.The DE 100 22 555 A1 discloses an angle measuring device. In the angle measuring device, a stator is coupled to a stationary motor housing via an axially and radially flexible coupling. The coupling is designed in such a way that when the angle measuring device is brought axially towards the motor housing, it clamps itself against a surface of the motor housing in a torsionally rigid manner and expands.

Die DE 102 16 376 A1 offenbart ein Drehwinkel-Messsystem zur Messung von winkelabhängigen Messgrößen einer Encoderwelle mit einer Statorkupplung zur drehfesten Verbindung eines Statorgehäuses mit einem Stator eines zu messenden Antriebssystems, wobei die Encoderwelle mit einer Antriebswelle des zu messenden Antriebssystems drehfest verbindbar ist und die Antriebswelle des Antriebssystems eine zumindest weitgehend gemeinsame Drehachse mit der Encoderwelle des Drehwinkel-Messsystems aufweist, wobei die Encoderwelle eine Passform aufweist, die in eine Aussparung einer mit der Statorkupplung drehfest verbundenen Montageplatte einsteckbar ist, so dass die Encoderwelle des Drehwinkel-Messsystems im nicht montierten Zustand verdrehgesichert ist, dass das Wellenende der Encoderwelle ein Gewinde zum Verbinden mit der Antriebswelle aufweist, wobei zur Verbindung der Wellen durch Verdrehen des Statorgehäuses und damit Verdrehen der über die Montageplatte der Statorkupplung drehfest verbundenen Encoderwelle diese auf die Antriebswelle aufschraubbar ist und dass beim Befestigen der Montageplatte an dem Stator des Antriebssystems die Encoderwelle und die Montageplatte ausser Eingriff gelangen und somit die Aussparung die Wellenpassform freigibt, so dass die Encoderwelle im montierten Zustand beweglich ist.The DE 102 16 376 A1 discloses a rotation angle measuring system for measuring angle-dependent measurement quantities of an encoder shaft with a stator coupling for the rotationally fixed connection of a stator housing to a stator of a drive system to be measured, the encoder shaft being rotatably connected to a drive shaft of the drive system to be measured and the drive shaft of the drive system being at least largely common Has axis of rotation with the encoder shaft of the angle-of-rotation measuring system, the encoder shaft having a fit that can be inserted into a recess in a mounting plate connected to the stator coupling in a rotationally fixed manner, so that the encoder shaft of the angle-of-rotation measuring system is secured against rotation in the non-assembled state that the shaft end of the Encoder shaft has a thread for connecting to the drive shaft, to connect the shafts by rotating the stator housing and thus rotating the encoder shaft, which is non-rotatably connected via the mounting plate of the stator coupling the drive shaft can be screwed on and that when the mounting plate is fastened to the stator of the drive system, the encoder shaft and the mounting plate disengage and thus the recess releases the shaft fit, so that the encoder shaft can be moved in the assembled state.

Die US 2014 / 0037368 A1 offenbart eine Statorkupplung zur drehfesten Verbindung zweier Bauteile, die radiale und axiale Relativbewegungen innerhalb von Toleranzgrenzen mit einer Grundfläche mit ersten und zweiten Laschen ermöglicht. Die zweiten Laschen werden an den geradlinigen Kanten zwischen den Montagepunkten positioniert. Umgebogene Ränder, die parallel zu jeweils einem Rand sind, sind mindestens zweimal weggebogen, so dass ein Flansch oberflächenparallel zur Grundfläche ausgebildet ist. Zwei zweite Laschen, die an in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Kanten positioniert sind, sind angeordnet und überlappen mit einander zugewandten Enden ihrer Flansche, und diese Enden bilden jeweils gemeinsam einen Montagepunkt eines Satzes zweiter Montagepunkte.US 2014/0037368 A1 discloses a stator coupling for the rotationally fixed connection of two components, which enables radial and axial relative movements within tolerance limits with a base area with first and second tabs. The second tabs are positioned on the straight edges between the mounting points. Bent edges, which are parallel to each edge, are bent away at least twice, so that a flange is formed parallel to the surface of the base. Two second tabs positioned on circumferential edges are arranged and overlap with mutually facing ends of their flanges, and these ends together form a mounting point of a set of second mounting points.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplung zu schaffen, deren Eigenfrequenz größer oder gleich einem kundenseitig vorgegebenen, minimalen Eigenfrequenz-Grenzwert ist. Die Eigenfrequenz(en) der Kupplung soll(en) also in einem Bereich außerhalb eines Bereichs liegen, der durch zu messende Welle vorgegeben ist.The object of the invention is to provide a clutch whose natural frequency is greater than or equal to a minimum natural frequency limit value specified by the customer. The natural frequency (s) of the coupling should therefore lie in a range outside a range which is predetermined by the shaft to be measured.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Eigenfrequenz-optimierte Kupplung, insbesondere eine Statorkupplung, zur drehfesten Verbindung eines ersten Bauteils, insbesondere eines Drehgebers mit Geberwelle, an einem zweiten Bauteil, insbesondere einem zu messenden System mit einer zu messenden Welle, wobei die Kupplung, wenn die Bauteile drehfest miteinander verbunden sind, in einer axialen Richtung zwischen den Bauteilen angeordnet ist und koaxial zu den Bauteilen ausgerichtet ist, wobei die Kupplung eingerichtet ist, axiale und radiale Relativbewegungen zwischen den Bauteilen innerhalb von Toleranzgrenzen zuzulassen und wobei ein Körper der Kupplung aufweist: einen ringförmigen, insbesondere spiegelsymmetrischen, Zentralabschnitt, der sich in einem unbelasteten Zustand in einer im Wesentlichen radial orientierten, ersten Ebene erstreckt und der eine mittig angeordnete Durchtrittsöffnung für koaxial zu verbindende rotierende Wellen der Bauteile aufweist; mindestens zwei primäre Flügelabschnitte, die sich radial an den Zentralabschnitt anschließen und die in einer Umfangsrichtung äquidistant angeordnet sind; wobei jeder der primären Flügelabschnitte einen Montageabschnitt, der sich in einer zweiten Ebene, parallel zur ersten Ebene erstreckt und der eine Montageöffnung aufweist, um die Kupplung drehfest an einem der Bauteile zu befestigen, und einen Verbindungsabschnitt aufweist, der den Montageabschnitt mit dem Zentralabschnitt verbindet; wobei sich jeder der Verbindungsabschnitte in einer Ebene erstreckt, die mit der ersten Ebene einen spitzen Anstellwinkel einschließt, wobei der Anstellwinkel so gewählt ist, dass eine vorgegebene, applikationsabhängige Eigenfrequenz, die auf einem gemeinsamen (Anstellwinkel unabhängigen) Trägheitsmoment der Kupplung und des Drehgebers sowie auf einer (Anstellwinkel abhängigen) Torsionsfederkonstanten der Kupplung basiert, nicht unterschritten wird.This object is achieved by a natural frequency-optimized clutch, in particular a stator clutch, for the rotationally fixed connection of a first component, in particular a rotary encoder with encoder shaft, to a second component, in particular a system to be measured with a shaft to be measured, the clutch if the Components are connected to one another in a rotationally fixed manner, arranged in an axial direction between the components and aligned coaxially with the components, the coupling being set up to allow axial and radial relative movements between the components within tolerance limits and wherein a body of the coupling has: an annular , in particular mirror-symmetrical, central section, which extends in an unloaded state in a substantially radially oriented, first plane and which has a centrally arranged passage opening for rotating shafts of the components to be connected coaxially; at least two primary wing sections which adjoin the central section radially and which are arranged equidistantly in a circumferential direction; wherein each of the primary wing sections has a mounting section that extends in a second plane, parallel to the first plane, and that has a mounting opening to secure the coupling to one of the components, and a connecting section that connects the mounting section to the central section; wherein each of the connecting sections extends in a plane which includes an acute angle of attack with the first plane, the angle of attack being selected such that a predetermined, application-dependent natural frequency, which is based on a common (angle of attack independent) moment of inertia of the clutch and the rotary encoder, and on based on a (torsion angle dependent) torsion spring constant of the clutch, is not undercut.

Die Kupplung der Erfindung weist eine applikationsabhängig optimierte Eigenfrequenz auf, die über den Anstellwinkel der Verbindungsabschnitte der primären Flügelabschnitte optimiert ist. Die Eigenfrequenz der Kupplung wird so optimiert, dass in der Applikation kein Resonanzfall auftritt, der zu nicht tolerierbaren Messfehlern des Drehgebers führen würde. Im Resonanzfall dreht eine zu messende Welle mit der bzw. einer der Eigenfrequenzen der Kupplung, so dass sich das Gesamtsystem bestehend aus zu messendem Objekt mit zu messender Welle, Statorkupplung und Drehgeber mit Geberwelle derart stark aufschwingt, dass sich eine Position der Geberwelle, an ein positionsgebendes Element (z.B. ein Dipol oder eine Codescheibe befestigt ist, nicht mehr sicher feststellen lässt. Die Geberwelle führt z.B. eine exzentrische Bewegung (Unwucht) aus, so dass ein an der Geberwelle befestigte Signalgeber (z.B. Permanentmagnet) nicht mehr sicher erfasst werden kann. Dies führt zu einem Positionsverlust. Bei der Erfindung ist die Eigenfrequenz so gewählt, dass es nie zum einem Resonanzfall kommt. Dennoch ist die Kupplung so ausgestaltet, dass axiale und insbesondere radiale Toleranzen eingehalten werden.The clutch of the invention has an application-dependent optimized natural frequency that is optimized via the angle of attack of the connecting sections of the primary wing sections. The natural frequency of the coupling is optimized in such a way that no resonance occurs in the application, which would lead to intolerable measurement errors by the encoder. In the event of a resonance, a shaft to be measured rotates with the or one of the natural frequencies of the coupling, so that the overall system consisting of the object to be measured with the shaft to be measured, stator coupling and encoder with encoder shaft swings up so strongly that a position of the encoder shaft swings on position-determining element (e.g. a dipole or a code disk is attached can no longer be reliably determined. The encoder shaft performs an eccentric movement (imbalance), for example, so that a signal transmitter (e.g. permanent magnet) attached to the encoder shaft can no longer be reliably detected In the invention, the natural frequency is selected such that there is never a resonance case, but the coupling is nevertheless designed in such a way that axial and in particular radial tolerances are maintained.

Bei einer besonderen Ausgestaltung ist eine jeweilige Breite der Verbindungsabschnitte so gewählt, dass die axiale und radiale Toleranz eingehalten wird.In a special embodiment, a respective width of the connecting sections is selected so that the axial and radial tolerance is maintained.

Über die Breite der Verbindungsabschnitte kann eine Länge von Stegen beeinflusst werden, die den ringförmigen Zentralabschnitt bilden. Die Länge der Stege beeinflusst eine Verformbarkeit der Kupplung unter radialer Belastung und/oder axialer Belastung.A length of webs which form the annular central section can be influenced via the width of the connecting sections. The length of the webs influences the deformability of the coupling under radial load and / or axial load.

Vorzugsweise ist jeder der Verbindungsabschnitte vollflächig, insbesondere ohne innere Aussparung, ausgebildet.Each of the connecting sections is preferably formed over the entire surface, in particular without an internal recess.

Da die Verbindungsabschnitte keine inneren Aussparungen aufweisen, verleihen die vollflächigen Verbindungsabschnitte dem Körper der Kupplung eine hohe Torsionssteifigkeit. Eine lineare Federkennlinie (vgl. 10) stellt sich bei zunehmenden Torsionskräften ein. Die Federkennlinie beeinflusst die Eigenfrequenz direkt.Since the connecting sections have no internal recesses, the full-surface connecting sections give the body of the coupling high torsional rigidity. A linear spring characteristic (cf. 10 ) occurs with increasing torsional forces. The spring characteristic has a direct influence on the natural frequency.

Insbesondere weist die Kupplung nur eine (einzige) Eigenfrequenz auf.In particular, the clutch has only one (single) natural frequency.

Ferner ist es bevorzugt, wenn der Körper der Kupplung sekundäre Flügelabschnitte aufweist, die sich auf einer Seite des Zentralabschnitts erstrecken, die den primären Flügelabschnitten axial gegenüberliegt, wobei die sekundären Flügelabschnitte in Umfangsrichtung äquidistant zueinander angeordnet sind.It is further preferred if the body of the coupling has secondary wing sections which extend on a side of the central section which is axially opposite the primary wing sections, the secondary wing sections being arranged equidistantly from one another in the circumferential direction.

Die primären Flügelabschnitte dienen zur Befestigung der Kupplung am zu messenden Bauteil. Die sekundären Flügelabschnitte dienen zur Befestigung der Kupplung am Drehgeber. Die primären und sekundären Flügelabschnitte liegen sich in der axialen Richtung gegenüber. Die Flügelabschnitte schließen den Zentralabschnitt axial zwischen sich ein. Die sekundären Flügelabschnitte dienen insbesondere einem axialen Toleranzausgleich.The primary wing sections are used to attach the coupling to the component to be measured. The secondary wing sections are used to attach the coupling to the encoder. The primary and secondary wing sections face each other in the axial direction. The wing sections axially enclose the central section between them. The secondary wing sections serve in particular for axial tolerance compensation.

Vorzugsweise weist jeder der sekundären Flügelabschnitte einen Montageabschnitt und einen Verbindungsabschnitt auf, wobei sich der Montageabschnitt vorzugsweise in einer dritten Ebene erstreckt, die parallel zu den ersten und zweiten Ebenen orientiert ist, wobei sich der Verbindungsabschnitt entlang der axialen Richtung erstreckt und wobei der Montageabschnitt zur Montage an dem anderen Bauteil eingerichtet ist.Preferably, each of the secondary wing sections has a mounting section and a connecting section, the mounting section preferably extending in a third plane that is oriented parallel to the first and second planes, the connecting section extending along the axial direction, and the mounting section for mounting is set up on the other component.

Bei einer weiteren Ausgestaltung entspricht eine Anzahl der sekundären Flügelabschnitte einer Anzahl der primären Flügelabschnitte und die sekundären Flügelabschnitte sitzen in der Umfangsrichtung mittig zwischen den primären Flügelabschnitten.In a further embodiment, a number of the secondary wing sections corresponds to a number of the primary wing sections, and the secondary wing sections sit centrally in the circumferential direction between the primary wing sections.

Durch diese Art der Anordnung kann eine gleichmäßige Verteilung des Kraftflusses durch die Kupplung erzielt werden, wenn die Kupplung einer Radial-, Axial- und/oder Torsionsbelastung ausgesetzt wird.With this type of arrangement, a uniform distribution of the power flow through the clutch can be achieved when the clutch is subjected to radial, axial and / or torsional loading.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die Kupplung einstückig, insbesondere als Stanz- und Biegeteil, ausgebildet ist.It is also advantageous if the coupling is designed in one piece, in particular as a stamped and bent part.

In diesem Fall kann Kupplung einfach und günstig hergestellt werden.In this case, the coupling can be manufactured easily and cheaply.

Vorzugsweise ist die Kupplung aus Federstahl hergestellt.The coupling is preferably made of spring steel.

Federstahl weist die erforderliche Elastizität für den Toleranzausgleich auf.Spring steel has the required elasticity for tolerance compensation.

Insbesondere erstrecken sich die primären Flügelabschnitte radial nach innen oder außen.In particular, the primary wing sections extend radially inwards or outwards.

Die Kupplung kann also an jede beliebige Geometrie des zu messenden Bauteils angepasst werden.The coupling can therefore be adapted to any geometry of the component to be measured.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Optimieren einer Eigenfrequenz einer (Stator-)Kupplung, die zur drehfesten Verbindung eines ersten Bauteils, das ein Drehgeber mit Geberwelle ist, an einem zweiten Bauteil, insbesondere einem zu messenden System mit einer zu messenden Welle, eingerichtet ist, wobei die Kupplung, wenn die Bauteile drehfest miteinander verbunden sind, in einer axialen Richtung zwischen den Bauteilen angeordnet ist und koaxial zu den Bauteilen ausgerichtet ist, wobei die Kupplung ferner eingerichtet ist, axiale und radiale Relativbewegungen zwischen den Bauteilen innerhalb von Toleranzgrenzen zuzulassen und wobei ein Körper der Kupplung aufweist: einen Zentralabschnitt; und mindestens zwei primäre Flügelabschnitte, die jeweils einen Montageabschnitt und einen Verbindungsabschnitt aufweisen, wobei der Verbindungsabschnitt mit einem Anstellwinkel zu einer radial orientierten Ebene des Zentralabschnitts orientiert ist; und wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Bestimmen einer Geometrie der Kupplung und eines Materials der Kupplung; b) Berechnen eines Trägheitsmoments insbesondere aus einem CAD-Modell heraus, eines Drehsystems, das aus der Kupplung und dem Drehgeber gebildet ist; c) Festlegen eines Auslenkwinkels für das Drehsystem; d) Berechnen einer Auslenkkraft, die zum Erreichen des Auslenkwinkels durch Verdrehen des Drehsystems um eine Achse der Geberwelle benötigt wird vorzugsweise mittels der Finite-Elemente-Methode; e) Berechnen einer Torsionsfederkonstanten für die Kupplung basierend auf der Auslenkkraft und dem Auslenkwinkel; f) Berechnen einer Eigenfrequenz der Kupplung, insbesondere basierend auf dem Modell eines mathematischen Drehpendels; g) Vergleichen der berechneten Eigenfrequenz mit einer vorgegebenen (gewünschten) Eigenfrequenz; h) Ändern des Anstellwinkels der primären Flügelabschnitte und Wiederholen der Schritte d) bis g) bis die Berechnung des Schritts f) in einer Eigenfrequenz resultiert, die größer oder gleich der vorgegebenen Eigenfrequenz ist. Der Anstellwinkel wird nicht geändert, wenn die berechnete Eigenfrequenz bereits im ersten Durchlauf größer oder gleich der vorgegebenen Eigenfrequenz ist. Vorzugsweise wird mit einem Anstellwinkel von 45° begonnen.Furthermore, the object is achieved by a method for optimizing a natural frequency of a (stator) coupling, which is used for the rotationally fixed connection of a first component, which is a rotary encoder with an encoder shaft, to a second component, in particular a system to be measured with a shaft to be measured, is set up, wherein the coupling when the components are rotatably connected to each other in is arranged in an axial direction between the components and is aligned coaxially with the components, the coupling being further configured to allow axial and radial relative movements between the components within tolerance limits, and wherein a body of the coupling has: a central section; and at least two primary wing sections, each having a mounting section and a connecting section, the connecting section being oriented at an angle of attack to a radially oriented plane of the central section; and the method comprising the steps of: a) determining a geometry of the coupling and a material of the coupling; b) calculating an moment of inertia, in particular from a CAD model, a turning system which is formed from the coupling and the rotary encoder; c) determining a deflection angle for the rotating system; d) calculating a deflection force which is required to achieve the deflection angle by rotating the rotating system about an axis of the encoder shaft, preferably using the finite element method; e) calculating a torsion spring constant for the clutch based on the deflection force and the deflection angle; f) calculating a natural frequency of the coupling, in particular based on the model of a mathematical pendulum; g) comparing the calculated natural frequency with a predetermined (desired) natural frequency; h) changing the angle of attack of the primary wing sections and repeating steps d) to g) until the calculation of step f) results in a natural frequency which is greater than or equal to the predetermined natural frequency. The angle of attack is not changed if the calculated natural frequency is greater than or equal to the specified natural frequency in the first pass. It is preferable to start with an angle of attack of 45 °.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann die oben beschriebene, Eigenfrequenz-optimierte Kupplung dimensioniert werden.With the method described here, the natural frequency-optimized clutch described above can be dimensioned.

Ferner ist es von Vorteil, wenn das Verfahren zusätzliche die folgenden Schritte aufweist: Verifizieren durch Berechnung, ob die axialen und radialen Toleranzen mit der so bestimmten Geometrie und dem ausgewählten Anstellwinkel einhaltbar sind; und, wenn die Toleranzen im Schritt i) nicht einhaltbar sind, Ändern einer Geometrie des Zentralabschnitts, insbesondere durch Ändern einer Breite von Verbindungsabschnitten der primären Flügelabschnitte, solange bis die Toleranzen einhaltbar sind.Furthermore, it is advantageous if the method additionally has the following steps: verifying by calculation whether the axial and radial tolerances can be maintained with the geometry determined in this way and the selected angle of attack; and, if the tolerances in step i) cannot be met, changing a geometry of the central section, in particular by changing the width of connecting sections of the primary wing sections, until the tolerances can be met.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Further features and advantages of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments with reference to the drawings.

Es zeigen:

  • 1 zeigt eine perspektive Ansicht einer Kupplung gemäß der Erfindung;
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Kupplung;
  • 3 zeigt eine Tabelle, die zur Optimierung einer Eigenfrequenz in Abhängigkeit von einem Anstellwinkel benutzt wird.
  • 4 zeigt die Kupplung der 1 unter Torsionsbelastung.
  • 5 zeigt die Kupplung der 1 unter Axialbelastung.
  • 6 zeigt die Kupplung der 1 unter Radialbelastung.
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm zum Optimieren einer Eigenfrequenz einer Kupplung.
  • 8 zeigt eine Unteransicht der Kupplung der 1.
  • 9 zeigt Messkurven für die Kupplung der 1.
  • 10 zeigt Messkurven für die Kupplung der 2.
Show it:
  • 1 shows a perspective view of a coupling according to the invention;
  • 2nd shows a perspective view of a conventional clutch;
  • 3rd shows a table that is used to optimize a natural frequency depending on an angle of attack.
  • 4th shows the coupling of the 1 under torsion.
  • 5 shows the coupling of the 1 under axial load.
  • 6 shows the coupling of the 1 under radial load.
  • 7 shows a flowchart for optimizing a natural frequency of a clutch.
  • 8th shows a bottom view of the coupling of the 1 .
  • 9 shows measurement curves for the coupling of the 1 .
  • 10 shows measurement curves for the coupling of the 2nd .

1 zeigt eine perspektivische Veranschaulichung einer Kupplung 10, die als Statorkupplung 12 zur drehfesten Verbindung eines (nicht dargestellten) Drehgebers 14 (vgl. 4), insbesondere dessen (nicht dargestellten) Stator 16, an einem (nicht dargestellten) Bauteil, das eine zu messende, rotierenden Welle (nicht dargestellt) aufweist. 1 shows a perspective illustration of a coupling 10 that as a stator coupling 12th for the rotationally fixed connection of an encoder (not shown) 14 (see. 4th ), especially its stator (not shown) 16 , on a component (not shown) which has a rotating shaft (not shown) to be measured.

Die Kupplung 10 weist einen Körper 18 auf, der sich in mehreren (insbesondere radialen) Ebenen erstreckt.The coupling 10 exhibits a body 18th on, which extends in several (especially radial) planes.

Der Körper 18 weist einen ringförmigen Zentralabschnitt 20 in einer (mittleren) radialen Ebene, primäre Flügelabschnitte 22, die sich axial unterhalb des Zentralabschnitts 20 erstrecken, und optionale sekundäre Flügelabschnitte 24 auf, die sich axial oberhalb des Zentralabschnitts 20 erstrecken.The body 18th has an annular central portion 20 in a (middle) radial plane, primary wing sections 22 that are axially below the central section 20 extend, and optional secondary wing sections 24th on, which is axially above the central section 20 extend.

Der Zentralabschnitt 20 weist eine zentrale Durchtrittsöffnung 26 auf, die eingerichtet ist, von den (nicht dargestellten) Wellen der (koaxialen) miteinander drehfest zu verbindenden Bauteile (z.B. Drehgeber und Motor) aufzunehmen. Der Zentralabschnitt 20 erstreckt sich im Wesentlichen in einer radialen Ebene (XY-Ebene), die senkrecht zur Verbindungsachse 28 orientiert ist. Die Verbindungsachse 28 erstreckt sich somit parallel zu einer axialen Richtung, die parallel zur Z-Richtung des dargestellten kartesischen Koordinatensystems XYZ orientiert ist. Die axiale Richtung entspricht einer Längserstreckung der nicht dargestellten Wellen der miteinander zu verbindenden Bauteile. Diese Wellen erstrecken sich koaxial zur Verbindungsachse 28. Die Verbindungsachse 28 liegt zentral in der Durchtrittsöffnung 26.The central section 20 has a central passage opening 26 on, which is set up to receive from the (not shown) shafts of the (coaxial) components to be rotatably connected to one another (for example, rotary encoder and motor). The central section 20 extends essentially in a radial plane (XY plane) that is perpendicular to the connection axis 28 is oriented. The connection axis 28 thus extends parallel to an axial direction which is oriented parallel to the Z direction of the Cartesian coordinate system XYZ shown. The axial direction corresponds to a longitudinal extension of the shafts, not shown, of the components to be connected to one another. These waves extend coaxially to the connection axis 28 . The connection axis 28 is centrally located in the passage opening 26 .

Der Zentralabschnitt 20 ist in einer Umfangsrichtung (Kreis in XY-Ebene mit Verbindungsachse 28 als Zentrum) ringförmig ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Zentralabschnitt 20 die Durchtrittsöffnung 26 vollständig umschließt. Der Zentralabschnitt muss aber nicht kreisförmig ausgebildet sein. In der 1 ist der Zentralabschnitt 20 rautenförmig ausgebildet. Der Zentralabschnitt 20 ist plattenförmig ausgebildet. Dies bedeutet, der Zentralabschnitt 20 erstreckt sich im Wesentlichen in einer (einzigen) Ebene, nämlich der radialen XY-Ebene.The central section 20 is in a circumferential direction (circle in the XY plane with connecting axis 28 as the center) is ring-shaped. This means that the central section 20 the passage opening 26 completely encloses. The central section does not have to be circular. In the 1 is the central section 20 diamond-shaped. The central section 20 is plate-shaped. This means the central section 20 extends essentially in a (single) plane, namely the radial XY plane.

Der Zentralabschnitt 20 wird in der 1 durch vier Stege 30-1 bis 30-4 gebildet, die die Durchtrittsöffnung 26 umschließen. Es versteht sich, dass, insbesondere in Abhängigkeit von einer Anzahl der primären und sekundären Flügelabschnitte 22 und 24, mehr oder weniger Stege 30 vorgesehen werden können.The central section 20 is in the 1 through four bridges 30-1 to 30-4 formed the passage opening 26 enclose. It is understood that, particularly depending on a number of the primary and secondary wing sections 22 and 24th , more or less bars 30th can be provided.

Der Zentralabschnitt 20 ist axial mittig zwischen den primären Flügelabschnitten 22 und den sekundären Flügelabschnitten 24 angeordnet. Die primären Flügelabschnitte 22 sind axial unterhalb der radialen Ebene des Zentralabschnitts 20 angeordnet. Die sekundären Flügelabschnitte 24 sind axial oberhalb der radialen Ebene des Zentralabschnitts 20 angeordnet.The central section 20 is axially centered between the primary wing sections 22 and the secondary wing sections 24th arranged. The primary wing sections 22 are axially below the radial plane of the central section 20 arranged. The secondary wing sections 24th are axially above the radial plane of the central section 20 arranged.

Die primären und sekundären Flügelabschnitte 22 und 24 werden jeweils aus einem (planaren) Montageabschnitt 32 und einem (planaren) Verbindungsabschnitt 34 gebildet. Die Abschnitte 32 und 34 stellen ebene Flächen ohne Krümmungen dar. Die Montageabschnitte 32 erstrecken sich ebenfalls in einer radialen Ebene, die parallel zur radialen Ebene des Zentralabschnitts 20 orientiert ist. Die Montageabschnitte 32 der primären Flügelabschnitte 22 erstrecken sich in einer radialen Ebene, die unterhalb der Ebene des Zentralabschnitts liegen.The primary and secondary wing sections 22 and 24th are each made up of a (planar) assembly section 32 and a (planar) connection section 34 educated. The sections 32 and 34 represent flat surfaces without curvatures. The assembly sections 32 also extend in a radial plane that is parallel to the radial plane of the central portion 20 is oriented. The assembly sections 32 of the primary wing sections 22 extend in a radial plane lying below the plane of the central section.

Die Montageabschnitte 32 der sekundären Flügelabschnitte 24 erstrecken sich in einer radialen Ebene, die oberhalb der Ebene des Zentralabschnitts 20 angeordnet ist. Die Montageabschnitte 32 der sekundären Flügelabschnitte 24 könnten aber auch in Ebene liegen, die senkrecht zur radialen Ebene orientiert ist.The assembly sections 32 of the secondary wing sections 24th extend in a radial plane that is above the plane of the central section 20 is arranged. The assembly sections 32 of the secondary wing sections 24th but could also lie in a plane that is oriented perpendicular to the radial plane.

Die Montageabschnitte 32 weisen generell jeweils eine Montageöffnung 36 auf, um zum Beispiel Schrauben aufzunehmen, die die Kupplung 10 drehfest mit den Bauteilen verbinden. Die Montageöffnungen 36 können kreisförmig oder als Langloch ausgebildet sein. Langlöcher ermöglichen eine Justierung der Kupplung 10 relativ zu den Bauteilen.The assembly sections 32 generally have an assembly opening each 36 to, for example, take up screws that hold the coupling 10 Connect non-rotatably to the components. The assembly openings 36 can be circular or an elongated hole. Elongated holes allow the coupling to be adjusted 10 relative to the components.

Die Verbindungsabschnitte 34 der primären Flügelabschnitte 22 schließen mit der axialen Richtung Z bzw. mit der radialen XY-Ebene (nicht dargestellt) einen Anstellwinkel 38 ein. In der 1 ist der Anstellwinkel 38 beim primären Flügelabschnitt 22-1 mit einer Hilfslinie 40 veranschaulicht, die sich entlang der Richtung Z erstreckt.The connecting sections 34 of the primary wing sections 22 close with the axial direction Z or with the radial XY plane (not shown) an angle of attack 38 a. In the 1 is the angle of attack 38 at the primary wing section 22-1 with an auxiliary line 40 illustrated that extends along the direction Z extends.

Eine gesamte Fläche der Verbindungsabschnitte 34 des primären Flügelabschnitts 22-1 schließt im Beispiel der 1 mit der XZ-Ebene den Anstellwinkel 38 ein. Es versteht sich, dass der primäre Flügelabschnitt 22-2 ebenfalls mit dem (gleichen) Anstellwinkel 38 gegenüber der Z-Richtung angestellt bzw. geneigt ist.An entire area of the connecting sections 34 of the primary wing section 22-1 closes in the example of 1 the angle of attack with the XZ plane 38 a. It is understood that the primary wing section 22-2 also with the (same) angle of attack 38 is inclined or inclined with respect to the Z direction.

Allgemein ist der Anstellwinkel 38 ein spitzer Winkel. Der Anstellwinkel 38 liegt insbesondere in einem Bereich von ungefähr 20° bis 70° (gegenüber der Richtung Z).The angle of attack is general 38 an acute angle. The angle of attack 38 is in particular in a range of approximately 20 ° to 70 ° (opposite to the direction Z ).

Ferner versteht es sich, dass der Anstellwinkel 38 auch gegenüber der radialen Ebene XY definiert werden kann.Furthermore, it is understood that the angle of attack 38 also opposite the radial plane XY can be defined.

Die Verbindungsabschnitte 34 der sekundären Flügelabschnitte 24-1 und 24-2 sind exemplarisch senkrecht zur radialen Ebene XY des Zentralabschnitts 20 orientiert. Die Montageabschnitte 32 der sekundären Flügelabschnitte 24 sind z.B. radial nach innen, d.h. zur Verbindungsachse 28 hin, orientiert. Die primären Flügelabschnitte 22 sind z.B. radial nach außen orientiert. Die primären Flügelabschnitte 22-1 und 22-2 sind entlang der (radialen) Richtung Y ausgerichtet, wohingegen die sekundären Flügelabschnitte 24-1 und 24-2 senkrecht dazu, d.h. entlang der (radialen) Richtung X, orientiert sind. Dies bedeutet, dass die primären Flügelabschnitte 22-1 und 22-2 in der radialen XY-Ebene einen Winkel von 180° einschließen. Auch die sekundären Flügelabschnitte 24-1 und 24-2 schließen in der radialen XY-Ebene einen Winkel von 180° ein.The connecting sections 34 of the secondary wing sections 24-1 and 24-2 are, for example, perpendicular to the radial plane XY of the central section 20 oriented. The assembly sections 32 of the secondary wing sections 24th are, for example, radially inwards, ie to the connection axis 28 there, oriented. The primary wing sections 22 are oriented radially outwards, for example. The primary wing sections 22-1 and 22-2 are aligned along the (radial) direction Y, whereas the secondary wing sections 24-1 and 24-2 perpendicular to it, ie along the (radial) direction X, are oriented. This means that the primary wing sections 22-1 and 22-2 enclose an angle of 180 ° in the radial XY plane. Also the secondary wing sections 24-1 and 24-2 form an angle of 180 ° in the radial XY plane.

Die primären Flügelabschnitte 22 sind in der radialen XY-Ebene vorzugsweise senkrecht zu den sekundären Flügelabschnitten 24 orientiert.The primary wing sections 22 are preferably perpendicular to the secondary wing sections in the radial XY plane 24th oriented.

Der Körper 18 der Kupplung 10 der 1 ist insbesondere spiegelsymmetrisch ausgebildet. Der Körper 18 der 1 weist zwei Symmetrieachsen auf, nämlich die Y-Achse und die X-Achse.The body 18th the clutch 10 of the 1 is particularly mirror-symmetrical. The body 18th of the 1 has two axes of symmetry, namely the Y axis and the X axis.

Es versteht sich, dass auch mehr als zwei primäre und/oder sekundäre Flügelabschnitte 22 bzw. 24 vorgesehen werden können, wobei die Anzahl zwei bevorzugt ist. Die Flügelabschnitte 22 sind in der Umfangsrichtung äquidistant angeordnet. Das Gleiche gilt für die sekundären Flügelabschnitte 24. Dies bedeutet, wenn drei primäre Flügelabschnitte 22-1 bis 22-3 vorgesehen sind, so schließen benachbarte Flügelabschnitte 22 einen Winkel von 120° ein. Wenn vier Flügelabschnitte 22 bzw. 24 vorgesehen sind, so schließen benachbarte Flügelabschnitte 22 bzw. 24 einen Winkel von 90° ein.It goes without saying that more than two primary and / or secondary wing sections 22 or. 24th can be provided, the number two being preferred. The wing sections 22 are arranged equidistantly in the circumferential direction. The same applies to the secondary wing sections 24th . This means if there are three primary wing sections 22-1 to 22-3 are provided, so close wing sections 22 an angle of 120 °. If four wing sections 22 or. 24th are provided, so close wing sections 22 or. 24th an angle of 90 °.

Die sekundären Flügelabschnitte 24 sind vorzugsweise in der Umfangsrichtung mittig zwischen den primären Flügelabschnitten 22 angeordnet. In der 1 bedeutet das, dass die sekundären Flügelabschnitte 24 (in der Draufsicht) einen Winkel von 90° mit den primären Flügelabschnitten 22 einschließen.The secondary wing sections 24th are preferably centered in the circumferential direction between the primary wing sections 22 arranged. In the 1 does that mean the secondary wing sections 24th (in plan view) an angle of 90 ° with the primary wing sections 22 lock in.

In 2 ist eine perspektivische Veranschaulichung einer Statorkupplung 12' gezeigt, die aus dem Hause der Anmelderin stammt. Die Statorkupplung 12' ist weitgehend ähnlich zur Statorkupplung 12 der 1 aufgebaut. Nachfolgend werden exemplarisch einige signifikante Unterschiede zwischen der neuen Statorkupplung 12 der 1 und der vorbekannten Statorkupplung 12' der 2 aufgezeigt werden.In 2nd Figure 3 is a perspective illustration of a stator coupling 12 ' shown, which comes from the house of the applicant. The stator coupling 12 ' is largely similar to the stator coupling 12th of the 1 built up. Some significant differences between the new stator coupling are shown below 12th of the 1 and the known stator coupling 12 ' of the 2nd be shown.

Neben dem Anstellwinkel 38 der Verbindungsabschnitte 34 der primären Flügelabschnitte 22 unterscheiden sich diese Verbindungsabschnitte 34 ferner dadurch, dass die Verbindungsabschnitte 34' in 2 zusätzliche innere Aussparungen 42 aufweisen. Diese inneren Aussparungen 42' der Statorkupplung 12' der 2 ermöglichen im Wesentlichen eine radiale Toleranz (Federparallelogramm). Die Biegesteifigkeit des Verbindungsabschnitts 34' im Falle einer radialen Auslenkung der Statorkupplung 12' (z.B. in der Y-Richtung) führt dazu, dass diese Verbindungsabschnitte 34' in der 2 nach links geneigt werden und so ein Federparallelogramm implementieren. Eine entsprechende radiale Auslenkung kann z.B. durch eine Unruhe der Wellen hervorgerufen werden. Dies bedeutet, dass zumindest eine der beiden koaxial miteinander verbundenen Wellen der beiden Bauteile exzentrisch rotiert, also auch Bewegungen in der radialen Richtung ausführt.In addition to the angle of attack 38 the connecting sections 34 of the primary wing sections 22 these connecting sections differ 34 further in that the connecting sections 34 ' in 2nd additional internal cutouts 42 exhibit. These inner recesses 42 ' the stator coupling 12 ' of the 2nd essentially allow a radial tolerance (spring parallelogram). The bending stiffness of the connecting section 34 ' in the event of a radial deflection of the stator coupling 12 ' (eg in the Y direction) leads to these connecting sections 34 ' in the 2nd be tilted to the left and thus implement a spring parallelogram. A corresponding radial deflection can be caused, for example, by an unrest of the waves. This means that at least one of the two coaxially connected shafts of the two components rotates eccentrically, that is to say also executes movements in the radial direction.

Diese Aussparungen 42' beeinflussen jedoch eine Eigenfrequenz der Statorkupplung 12' negativ, indem vermehrt Eigenfrequenzen auftreten, insbesondere in einem niedrigen Frequenzbereich, der in einem Bereich liegt, in welchem auch die Anregerfrequenz bzw. Drehfrequenz der zu messenden Welle liegt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass ein (negativer) Resonanzeffekt auftritt, wenn die oder eine der Eigenfrequenzen der Statorkupplung 12' im Bereich der Anregerfrequenz (d.h. der Frequenz, mit der der exemplarische Motor dreht) liegt. Im Resonanzfall wird die Auslenkung der Statorkupplung 12' verstärkt, so dass der Drehgeber nicht mehr in der Lage ist, eine Frequenz und/oder Drehposition zu messen.These recesses 42 ' however affect a natural frequency of the stator coupling 12 ' negative, in that natural frequencies increasingly occur, in particular in a low frequency range which lies in a range in which the excitation frequency or rotational frequency of the shaft to be measured also lies. In other words, this means that a (negative) resonance effect occurs when the or one of the natural frequencies of the stator coupling 12 ' is in the range of the excitation frequency (ie the frequency at which the exemplary motor rotates). In the event of a resonance, the deflection of the stator coupling 12 ' amplified so that the encoder is no longer able to measure a frequency and / or rotational position.

Deshalb werden die Verbindungsabschnitte 34 der primären Flügelabschnitte 22 der Statorkupplung 12 der 1 vorzugsweise vollflächig (d.h. ohne innere Aussparung) ausgebildet. Die vollflächige Ausbildung der Verbindungsabschnitte 34 ist unter anderem dafür verantwortlich, dass eine Eigenfrequenz der Statorkupplung 12 der 1 nicht negativ beeinflusst wird. Dies bedeutet, dass die Eigenfrequenz insbesondere nicht in einen Bereich herabgesetzt wird, der im Bereich der Anregerfrequenz liegt. Dies bedeutet mit noch anderen Worten, dass die Eigenfrequenz erhöht wird, so dass sie weit entfernt von der tieferen, applikationsbedingten Anregerfrequenz ist.Therefore, the connecting sections 34 of the primary wing sections 22 the stator coupling 12th of the 1 preferably formed over the entire surface (ie without an internal recess). The full-surface formation of the connecting sections 34 is responsible, among other things, for a natural frequency of the stator coupling 12th of the 1 is not adversely affected. This means that the natural frequency is in particular not reduced to a range that is in the range of the excitation frequency. In other words, this means that the natural frequency is increased so that it is far from the lower, application-related excitation frequency.

Um dennoch eine ausreichende radiale Toleranz vorzusehen, werden die Stege 30 des Zentralabschnitts 20 auf eine geeignete Weise dimensioniert, wie es nachfolgend noch näher beschrieben werden wird.In order to nevertheless provide a sufficient radial tolerance, the webs are 30th of the central section 20 dimensioned in a suitable manner, as will be described in more detail below.

Der Anstellwinkel 38 beeinflusst die Eigenfrequenz der Kupplung 10 ebenfalls, wie es sich aus der Tabelle 44 der 3 ableiten lässt.The angle of attack 38 influences the natural frequency of the clutch 10 also, as is apparent from Table 44 of the 3rd can be derived.

In der Tabelle 44 sind vier exemplarische Anstellwinkel 40°, 45°, 50° und 60° gegeneinander aufgetragen. Außer dem Anstellwinkel 38 der Kupplung 10 wurde die Geometrie der Kupplung 10 zur Erzeugung der gezeigten Werte nicht verändert. Man erkennt in der 3, dass die höchste Eigenfrequenz (1150 Hz) bei einem Anstellwinkel 38 von 50° erzielt wird. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert werden.In Table 44, four exemplary angles of attack 40 °, 45 °, 50 ° and 60 ° are plotted against each other. Except the angle of attack 38 the clutch 10 became the geometry of the clutch 10 not changed to generate the values shown. You can see in the 3rd that the highest natural frequency (1150 Hz) at an angle of attack 38 of 50 ° is achieved. This will be explained in more detail below.

4 zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Verformung der Kupplung 10 der 1 unter Torsionsbelastung. In der 4 ist die Kupplung 10 in einem verbundenen Zustand mit dem Drehgeber 14 bzw. dessen Stator 16 gezeigt. Der Drehgeber 14 ist nur teilweise dargestellt. 4th shows a schematic illustration of a deformation of the clutch 10 of the 1 under torsion. In the 4th is the clutch 10 in a connected state with the encoder 14 or its stator 16 shown. The encoder 14 is only partially shown.

In der 4 ist gezeigt, wie sich die Kupplung 10 unter Torsionsbelastung verformt. Die Belastung äußert sich insbesondere in einer Verformung der Stege 30 und einer Verwindung der Verbindungsabschnitte 34 der primären Flügelabschnitte 22. Die Verwindung der Verbindungsabschnitte 34 der primären Flügelabschnitte 22 ist aber von sehr viel geringerem Ausmaß als die Verformung der Stege 30.In the 4th is shown how the clutch 10 deformed under torsion. The load manifests itself in particular in a deformation of the webs 30th and a twist of the connection sections 34 of the primary wing sections 22 . The twist of the connecting sections 34 of the primary wing sections 22 but is of a much smaller extent than the deformation of the webs 30th .

5 zeigt eine perspektivische Veranschaulichung der Kupplung 10 der 1 unter axialer Belastung. Unter axialer Belastung verformen sich im Wesentlichen nur die Stege 30. Die Verbindungsabschnitte 34 der primären Flügelabschnitte 22 verformen sich nahezu gar nicht. 5 shows a perspective illustration of the coupling 10 of the 1 under axial load. Essentially only the webs deform under axial load 30th . The connecting sections 34 of the primary wing sections 22 deform almost not at all.

In 5 wirkt eine axiale Kraft in der negativen Z-Richtung auf die Kupplung 10, die hier wieder ohne den Drehgeber 14 dargestellt ist. Deshalb neigen sich die Stege 30 in der 5 nach unten, d.h. in die negative Z-Richtung, je näher man sich zu den sekundären Flügelabschnitten 24 befindet. Die primären Flügelabschnitte 22 verformen sich nahezu gar nicht. In 5 an axial force acts on the clutch in the negative Z direction 10 which here again without the encoder 14 is shown. That is why the bridges are inclined 30th in the 5 down, ie in the negative Z direction, the closer you are to the secondary wing sections 24th located. The primary wing sections 22 deform almost not at all.

6 zeigt die Kupplung 10 der 1 unter radialer Belastung. Die Stege 30 und die primären Flügelabschnitte 22 verformen sich nur leicht. Insbesondere die Verbindungsabschnitte 34 der primären Flügelabschnitte 22 verformen sich nur leicht. Der Verbindungsabschnitt 34-2 ist leicht steiler angestellt als der Verbindungsabschnitt 34-1 des primären Flügelabschnitts 22-1. 6 shows the clutch 10 of the 1 under radial load. The bridges 30th and the primary wing sections 22 deform only slightly. In particular the connecting sections 34 of the primary wing sections 22 deform only slightly. The connecting section 34-2 is set slightly steeper than the connecting section 34-1 of the primary wing section 22-1 .

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 7 ein Flussdiagramm beschrieben, das ein Verfahren zum Optimieren der Eigenfrequenz der Kupplung 10 darstellt.The following will refer to 7 a flowchart describing a method for optimizing the natural frequency of the clutch 10 represents.

In einem Schritt S10 wird eine Geometrie der Kupplung 10, also insbesondere die Abmessungen der Abschnitte 20, 22 und 24, sowie ein Material der Kupplung 10 bestimmt. Die Geometrie der Kupplung 10 wird z.B. durch einen Entwickler vorab festgelegt, indem der Entwickler die Kupplung 10 z.B. in einem CAD-Programm konstruiert bzw. modelliert. Die Modellierung umfasst insbesondere die Geometrien des Zentralabschnitts 20, der Durchtrittsöffnung 26, der Stege 30, der primären und sekundären Flügelabschnitte 22 und 24 sowie insbesondere eine Materialstärke (z.B. Blechdicke) des Körpers 18.In one step S10 becomes a geometry of the clutch 10 , in particular the dimensions of the sections 20 , 22 and 24th , as well as a material of the coupling 10 certainly. The geometry of the coupling 10 is determined in advance by a developer, for example, by the developer of the clutch 10 eg constructed or modeled in a CAD program. The modeling particularly includes the geometries of the central section 20 , the passage opening 26 , the jetties 30th , the primary and secondary wing sections 22 and 24th and in particular a material thickness (eg sheet thickness) of the body 18th .

Sobald diese Parameter festgelegt sind, und damit bestimmbar sind, kann in einem Schritt S12 ein Trägheitsmoment eines Gesamtsystems bestehend aus der Kupplung 10 und dem Drehgeber 14 berechnet werden. Die Berechnung erfolgt insbesondere auf Basis der entsprechenden CAD-Daten.Once these parameters are set, and thus can be determined, can be done in one step S12 a moment of inertia of an overall system consisting of the clutch 10 and the encoder 14 be calculated. The calculation is based in particular on the corresponding CAD data.

Als Nächstes wird in einem Schritt S14 ein Auslenkwinkel unter Torsionsbelastung festgelegt bzw. ausgewählt (vgl. zweite Spalte in der Tabelle 44 der 3, wo um 0,001 rad ausgelenkt wird). Dies bedeutet, dass das Gesamtsystem bestehend aus der Kupplung 10 und dem Drehgeber 14 um die Verbindungsachse 28 (gleiche 1) um den entsprechenden Winkel verdreht wird.Next is one step S14 a deflection angle under torsion loading is determined or selected (cf. second column in Table 44 of the 3rd , where is deflected by 0.001 rad). This means that the overall system consists of the clutch 10 and the encoder 14 around the connection axis 28 (same 1 ) is rotated by the corresponding angle.

In einem nächsten Schritt S16 wird basierend auf diesen Parametern eine Auslenkkraft berechnet, die zum Erreichen des ausgewählten Auslenkwinkels des Schritts S14 durch Verdrehen des Drehsystems um die Verbindungsachse 28 benötigt wird. Zu diesem Zweck kann z.B. die Finite-Elemente-Methode (FEM) eingesetzt werden. Die Finite-Elemente-Methode ist ein allgemein bekanntes numerisches Verfahren, z.B. für Festigkeits- und Verformungsuntersuchungen von Festkörpern mit geometrisch komplexer Form. Derart berechnete Auslenkkräfte sind in der dritten Spalte der Tabelle 44 der 3 exemplarisch gezeigt.In a next step S16 based on these parameters, a deflection force is calculated to reach the selected deflection angle of the step S14 by turning the rotating system around the connecting axis 28 is needed. The finite element method (FEM) can be used for this purpose. The finite element method is a well-known numerical method, for example for strength and deformation studies of solid bodies with a geometrically complex shape. Such deflection forces are calculated in the third column of table 44 3rd shown as an example.

In einem weiteren Schritt S18 wird eine Torsionsfederkonstante (TFK) für die Kupplung 10 basierend auf der Auslenkkraft und dem Auslenkwinkel berechnet. Die TFK berechnet sich insbesondere aus dem Produkt der Auslenkkraft und einer Hebelarmlänge, das anschließend durch den Auslenkwinkel geteilt wird. Exemplarische TFK sind in der vierten Spalte der Tabelle 44 der 3 gezeigt. Die TFK entspricht einer Drehfedersteife.In a further step S18 becomes a torsion spring constant (TFK) for the clutch 10 calculated based on the deflection force and the deflection angle. The TFK is calculated in particular from the product of the deflection force and a lever arm length, which is then divided by the deflection angle. Exemplary TFK are in the fourth column of Table 44 3rd shown. The TFK corresponds to a torsion spring stiffness.

Basierend auf dem mathematischen Modell eines Drehpendels wird dann in einem Schritt S20 die Eigenfrequenz der Kupplung 10 berechnet. Die Formel für ein mathematisches Drehpendel lautet f E = 1 2 P i C : I .

Figure DE102018117230B4_0001
Based on the mathematical model of a rotary pendulum is then in one step S20 the natural frequency of the clutch 10 calculated. The formula for a mathematical pendulum is f E = 1 2nd P i C. : I. .
Figure DE102018117230B4_0001

In dieser Formel stellt ein fE die Eigenfrequenz der Kopplung in [Hertz] dar. C stellt die Torsionsfederkonstante der Kupplung 10 in [Nm/Rad] dar. I stellt das Trägheitsmoment des Gesamtsystems in [kgm2] dar.In this formula, f E represents the natural frequency of the coupling in [Hertz]. C represents the torsion spring constant of the coupling 10 in [Nm / Rad]. I represents the moment of inertia of the entire system in [kgm 2 ].

Die Eigenfrequenz wird nach der oben angegebenen Formel berechnet und ist exemplarisch in der letzten Spalte der Tabelle 44 der 3 gezeigt.The natural frequency is calculated according to the formula given above and is exemplarily in the last column of Table 44 3rd shown.

Danach wird in einem Schritt S22 abgefragt, ob eine gewünschte Eigenfrequenz (z.B. 800 Hz) erreicht ist. Die gewünschte Eigenfrequenz ist applikationsabhängig und wird üblicherweise vom Nutzer des zu messenden Bauteils (z.B. des Motors) vorgegeben. Die zulässige Eigenfrequenz ist davon abhängig, in welchem Frequenzbereich die Welle des anderen Bauteils überwiegend betrieben wird. Die gewünschte Eigenfrequenz ist höher als die applikationstypische Frequenz.After that, in one step S22 asked whether a desired natural frequency (eg 800 Hz) has been reached. The desired natural frequency depends on the application and is usually specified by the user of the component to be measured (eg the motor). The permissible natural frequency depends on the frequency range in which the shaft of the other component is predominantly operated. The desired natural frequency is higher than the application-typical frequency.

Wenn die Abfrage im Schritt S22 ergibt, dass die gewünschte Eigenfrequenz noch nicht erreicht ist, wird der Anstellwinkel 38 in einem Schritt S24 geändert, was die Geometrie der Kupplung 10 und somit das Trägheitsmoment ändert, und die Berechnung der Eigenfrequenz wird beginnend mit dem Schritt S16 wiederholt.If the query in step S22 shows that the desired natural frequency has not yet been reached, the angle of attack 38 in one step S24 changed what the geometry of the clutch 10 and thus the moment of inertia changes, and the calculation of the natural frequency starts with the step S16 repeated.

Diese Schleife wird so oft durchlaufen, bis die gewünschte Eigenfrequenz erreicht ist. Wenn die gewünschte Eigenfrequenz erreicht ist, endet das Verfahren 46.This loop is run through until the desired natural frequency is reached. When the desired natural frequency is reached, the process ends 46 .

Optional können sich an die Abfrage des Schritts S22 weitere Schritte anschließen, wenn die gewünschte Eigenfrequenz bereits erreicht ist. Diese weiteren Schritte werden nachfolgend beschrieben werden.Optionally, you can query the step S22 Connect further steps when the desired natural frequency has already been reached. These further steps will be described below.

Sobald die gewünschte Eigenfrequenz erreicht ist, kann in einem weiteren, nachfolgenden Schritt verifiziert werden, ob die geforderten axialen und radialen Toleranzen eingehalten werden, wenn der entsprechende Anstellwinkel 38 ausgewählt ist, der in der gewünschten Eigenfrequenz resultiert. Sollte die axiale und/oder radiale Toleranz mit der im Schritt S10 bestimmten Geometrie der Kupplung 10 noch nicht in einem ausreichenden Maß sichergestellt sein, so kann insbesondere die Geometrie des Zentralabschnitts 20 (nachträglich) geändert werden. Insbesondere kann eine Länge L (vgl. 8) der Stege 30 variiert werden. 8 zeigt eine Unteransicht der Kupplung 10 der 1. Dies bedeutet, dass man in der positiven Z-Richtung auf die Kupplung 10 der 1 blickt.As soon as the desired natural frequency has been reached, a further, subsequent step can be used to verify whether the required axial and radial tolerances are met, if the corresponding angle of attack 38 is selected, which results in the desired natural frequency. Should the axial and / or radial tolerance match that in step S10 certain geometry of the coupling 10 The geometry of the central section can in particular not yet be ensured to a sufficient degree 20 (subsequently) changed. In particular, a length L (cf. 8th ) the bridges 30th can be varied. 8th shows a bottom view of the clutch 10 of the 1 . This means that you are in the positive Z direction on the clutch 10 of the 1 looks.

8 zeigt, dass die Geometrie der Stege 30 wesentlich von der Geometrie der Durchtrittsöffnung 26 und einer Breite B der primären und sekundären Flügelabschnitte 22 und 24 abhängt. Die Breite B der Flügelabschnitte 22 und 24, und insbesondere deren Verbindungsabschnitte 34 wird parallel zu den Richtungen X und Y bzw. in der Umfangsrichtung U bestimmt. Je breiter die Flügelabschnitte 22 und 24 sind, desto kürzer ist eine Länge L der Stege 30, wie es exemplarisch für den Steg 30-4 in der 8 verdeutlicht ist. Die Länge L wird in einer Längsrichtung der Stege 30 bestimmt. 8th shows that the geometry of the webs 30th essentially from the geometry of the passage opening 26 and a width B of the primary and secondary wing sections 22 and 24th depends. The width B of the wing sections 22 and 24th , and in particular their connecting sections 34 is determined parallel to the directions X and Y or in the circumferential direction U. The wider the wing sections 22 and 24th are, the shorter is a length L of the webs 30th as is exemplary for the footbridge 30-4 in the 8th is made clear. The length L is in a longitudinal direction of the webs 30th certainly.

Eine (nicht näher bezeichnete) Breite (senkrecht zur Länge L) der Stege 30 wird durch die Geometrie der Durchtrittsöffnung 26 beeinflusst.A (unspecified) width (perpendicular to the length L) of the webs 30th is determined by the geometry of the passage opening 26 influenced.

Ferner kann eine Dicke (parallel zur Richtung Z) der Stege 30 variiert werden. Eine Variation der Dicke der Stege 30 resultiert aber in üblicher Weise in einer Variation der Dicke der Kupplung 10 insgesamt, da die Kupplung 10 vorzugsweise als einstückiges Stanz- und Biegeteil, z.B. aus Federstahl, hergestellt wird.Furthermore, a thickness (parallel to the direction Z ) the bridges 30th can be varied. A variation in the thickness of the webs 30th but results in a usual way in a variation in the thickness of the coupling 10 overall since the clutch 10 is preferably produced as a one-piece stamped and bent part, for example from spring steel.

Die Länge L der Stege 30 wird ferner durch einen Lochkreis der Montageöffnungen 36 der primären Flügelabschnitte 22 (vgl. Durchmesser D1 in 8) und einen Lochkreis der Montageöffnungen 36 der sekundären Flügelabschnitte 24 (vgl. Durchmesser D2 in 8) beeinflusst. Diese Lochkreise sind üblicherweise fix vorgegeben.The length L of the webs 30th is further characterized by a bolt circle of the assembly openings 36 of the primary wing sections 22 (see diameter D1 in 8th ) and a bolt circle of the assembly openings 36 of the secondary wing sections 24th (see diameter D2 in 8th ) influenced. These bolt circles are usually fixed.

Dies bedeutet mit anderen Worten, dass zum Optimieren einer axialen und/oder radialen Toleranz im Wesentlichen der Zentralabschnitt 20, und insbesondere dessen Stege 30, hinsichtlich Form und Lage geändert werden.In other words, this means that in order to optimize an axial and / or radial tolerance, essentially the central section 20 , and in particular its webs 30th , be changed in terms of shape and location.

Anschließend kann in einem weiteren Schritt erneut verifiziert werden, ob die gewünschte Eigenfrequenz auch nach der soeben beschriebenen Änderung weiterhin erzielt wird, indem die Eigenfrequenz basierend auf den entsprechend (geänderten) Geometrien erneut berechnet wird (vgl. 7).Then, in a further step, it can be verified again whether the desired natural frequency can still be achieved even after the change just described, by recalculating the natural frequency based on the corresponding (changed) geometries (cf. 7 ).

Es versteht sich, dass auch die Verbindungsabschnitte 34 der sekundären Flügelabschnitte 24 mit einem Anstellwinkel 38 versehen werden können, auch wenn in den Figuren immer senkrecht orientierte Verbindungsabschnitte 34 für die sekundären Flügelabschnitte 24 gezeigt sind.It is understood that the connecting sections 34 of the secondary wing sections 24th with an angle of attack 38 can be provided, even if in the figures always vertically oriented connecting sections 34 for the secondary wing sections 24th are shown.

Die 9 und 10 zeigen Messkurven, die mit einer Kupplung 10 gemäß der Erfindung (vgl. 9) und mit der herkömmlichen Kupplung 10' der 2 (vgl. 10) gewonnen wurden. Man erkennt, dass die Eigenfrequenz in der 9 nahezu konstant bei ca. 3kHz liegt und die TFK ebenfalls konstant ist, wohingegen sich die Eigenfrequenz in der 10 mit zunehmendem Verdrehwinkel ändert.The 9 and 10 show measurement curves with a clutch 10 according to the invention (cf. 9 ) and with the conventional clutch 10 ' of the 2nd (see. 10 ) were won. It can be seen that the natural frequency in the 9 is almost constant at approx. 3 kHz and the TFK is also constant, whereas the natural frequency is in the 10 changes with increasing angle of rotation.

BezugszeichenlisteReference list

1010th
Kupplungcoupling
1212th
StartkupplungStart clutch
1414
DrehgeberEncoder
1616
Stator von 14 Stator of 14
1818th
Körper von 10 Body of 10
2020
ZentralabschnittCentral section
2222
primärer Flügelabschnittprimary wing section
2424th
sekundärer Flügelabschnittsecondary wing section
2626
DurchtrittsöffnungPassage opening
2828
VerbindungsachseConnecting axis
3030th
Steg von 20 Footbridge from 20
3232
MontageabschnittAssembly section
3434
VerbindungsabschnittConnecting section
3636
MontageöffnungAssembly opening
3838
AnstellwinkelAngle of attack
4040
HilfslinieAuxiliary line
4242
innere Aussparunginner recess
4444
Tabelletable
4646
OptimierungsverfahrenOptimization process

Claims (11)

Eigenfrequenz-optimierte Kupplung (10), insbesondere eine Statorkupplung (12), zur drehfesten Verbindung eines ersten Bauteils, insbesondere eines Drehgebers (14) mit Geberwelle, an einem zweiten Bauteil, insbesondere einem zu messenden System mit einer zu messenden Welle, wobei die Kupplung (10), wenn die Bauteile drehfest miteinander verbunden sind, in einer axialen Richtung (Z) zwischen den Bauteilen angeordnet ist und koaxial zu den Bauteilen ausgerichtet ist, wobei die Kupplung (10) eingerichtet ist, axiale und/oder radiale Relativbewegungen zwischen den Bauteilen innerhalb von Toleranzgrenzen zuzulassen und wobei ein Körper (18) der Kupplung (10) aufweist: einen ringförmigen Zentralabschnitt (20), der sich in einem unbelasteten Zustand in einer im Wesentlichen radial orientierten, ersten Ebene erstreckt und der eine mittig angeordnete Durchtrittsöffnung (26) für koaxial zu verbindende, rotierende Wellen der Bauteile aufweist; mindestens zwei primäre Flügelabschnitte (22), die sich radial an den Zentralabschnitt (20) anschließen und die in einer Umfangsrichtung (U) äquidistant angeordnet sind; wobei jeder der primären Flügelabschnitte (22) einen Montageabschnitt (32), der sich in einer zweiten Ebene, parallel zur ersten Ebene erstreckt und der eine Montageöffnung (36) aufweist, und einen Verbindungsabschnitt (34) aufweist, der den Montageabschnitt (32) mit dem Zentralabschnitt (20) verbindet; wobei sich jeder der Verbindungsabschnitte (34) in einer Ebene erstreckt, die mit der ersten Ebene einen spitzen Anstellwinkel (38) einschließt, wobei der Anstellwinkel (38) so gewählt ist, dass eine vorgegebene Eigenfrequenz, die auf einem gemeinsamen Trägheitsmoment der Kupplung und des Drehgebers sowie auf einer Torsionsfederkonstanten der Kupplung basiert, nicht unterschritten wird.Natural frequency-optimized coupling (10), in particular a stator coupling (12), for the rotationally fixed connection of a first component, in particular a rotary encoder (14) to the encoder shaft, on one second component, in particular a system to be measured with a shaft to be measured, the coupling (10), when the components are rotatably connected to one another, arranged in an axial direction (Z) between the components and aligned coaxially with the components, wherein the coupling (10) is set up to allow axial and / or radial relative movements between the components within tolerance limits, and wherein a body (18) of the coupling (10) has: an annular central section (20) which is in an unloaded state in a extends essentially radially oriented, first plane and which has a centrally arranged passage opening (26) for rotating shafts of the components to be connected coaxially; at least two primary wing sections (22) which adjoin the central section (20) radially and which are arranged equidistantly in a circumferential direction (U); wherein each of the primary wing sections (22) has a mounting section (32) which extends in a second plane, parallel to the first plane and which has a mounting opening (36), and a connecting section (34) which connects the mounting section (32) connects the central section (20); wherein each of the connecting sections (34) extends in a plane which includes an acute angle of attack (38) with the first plane, the angle of attack (38) being selected such that a predetermined natural frequency, which is based on a common moment of inertia of the clutch and Encoder and based on a torsion spring constant of the clutch, is not undercut. Kupplung nach Anspruch 1, wobei ferner eine jeweilige Breite (B) der Verbindungsabschnitte (34) so gewählt ist, dass die axiale und/oder radiale Toleranz eingehalten wird.Clutch after Claim 1 , Furthermore, a respective width (B) of the connecting sections (34) is selected such that the axial and / or radial tolerance is maintained. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder der Verbindungsabschnitte (34) vollflächig ausgebildet ist.Clutch after Claim 1 or 2nd , wherein each of the connecting sections (34) is formed over the entire surface. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Körper (18) der Kupplung (10) ferner sekundäre Flügelabschnitte (24) aufweist, die sich auf einer Seite des Zentralabschnitts (20) erstrecken, die den primären Flügelabschnitten (22) axial gegenüberliegt, wobei die sekundären Flügelabschnitte (24) in Umfangsrichtung (U) äquidistant zueinander angeordnet sind.Coupling according to one of the Claims 1 to 3rd wherein the body (18) of the clutch (10) further includes secondary wing portions (24) extending on a side of the central portion (20) axially opposite the primary wing portions (22), the secondary wing portions (24) in Circumferential direction (U) are arranged equidistant to each other. Kupplung nach Anspruch 4, wobei jeder der sekundären Flügelabschnitte (24) einen Montageabschnitt (32) und einen Verbindungsabschnitt (34) aufweist, wobei sich der Verbindungsabschnitt (34) entlang der axialen Richtung (Z) erstreckt und wobei der Montageabschnitt (32) zur Montage an dem anderen Bauteil eingerichtet ist.Clutch after Claim 4 , wherein each of the secondary wing portions (24) has a mounting portion (32) and a connecting portion (34), the connecting portion (34) extending along the axial direction (Z) and wherein the mounting portion (32) for mounting on the other component is set up. Kupplung nach Anspruch 4 oder 5, wobei eine Anzahl der sekundären Flügelabschnitte (24) einer Anzahl der primären Flügelabschnitte (22) entspricht und wobei die sekundären Flügelabschnitte (24) in der Umfangsrichtung (U) mittig zwischen den primären Flügelabschnitten (22) sitzen.Clutch after Claim 4 or 5 , wherein a number of the secondary wing sections (24) corresponds to a number of the primary wing sections (22) and wherein the secondary wing sections (24) are centered in the circumferential direction (U) between the primary wing sections (22). Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kupplung (10) einstückig, insbesondere als Stanz- und Biegeteil, ausgebildet ist.Coupling according to one of the Claims 1 to 6 , The coupling (10) being formed in one piece, in particular as a stamped and bent part. Kupplung nach Anspruch 7, wobei die Kupplung (10) aus Federstahl hergestellt ist.Clutch after Claim 7 , wherein the clutch (10) is made of spring steel. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sich die primären Flügelabschnitte (22) radial nach innen oder außen erstrecken.Coupling according to one of the Claims 1 to 8th , the primary wing portions (22) extending radially inward or outward. Verfahren (46) zum Optimieren einer Eigenfrequenz einer Kupplung (10), die zur drehfesten Verbindung eines ersten Bauteils, das ein Drehgeber (14) mit Geberwelle ist, an einem zweiten Bauteil, insbesondere einem zu messenden System mit einer zu messenden Welle, eingerichtet ist, wobei die Kupplung (10), wenn die Bauteile drehfest miteinander verbunden sind, in einer axialen Richtung (Z) zwischen den Bauteilen angeordnet ist und koaxial zu den Bauteilen ausgerichtet ist, wobei die Kupplung (10) ferner eingerichtet ist, axiale und/oder radiale Relativbewegungen zwischen den Bauteilen innerhalb von Toleranzgrenzen zuzulassen und wobei ein Körper (18) der Kupplung (10) aufweist: einen Zentralabschnitt (20); und mindestens zwei primäre Flügelabschnitte (22), die jeweils einen Montageabschnitt (32) und einen Verbindungsabschnitt (34) aufweisen, wobei der Verbindungsabschnitt (34) mit einem Anstellwinkel (38) zu einer radial orientierten Ebene des Zentralabschnitts bzw. senkrecht dazu orientiert ist; und wobei das Verfahren (46) die Schritte aufweist: a) Bestimmen (S10) einer Geometrie der Kupplung (10) und eines Materials der Kupplung (10); b) Berechnen (S12) eines Trägheitsmoments eines Drehsystems, das aus der Kupplung (10) und dem Drehgeber (14) gebildet ist; c) Festlegen (S14) eines Auslenkwinkels für das Drehsystem; d) Berechnen (S16) einer Auslenkkraft, die zum Erreichen des Auslenkwinkels durch Verdrehen des Drehsystems um eine Achse (28) der Geberwelle benötigt wird; e) Berechnen (S18) einer Torsionsfederkonstanten für die Kupplung (10) basierend auf der Auslenkkraft und dem Auslenkwinkel; f) Berechnen (S20) einer Eigenfrequenz der Kupplung, insbesondere basierend auf dem Modell eines mathematischen Drehpendels; g) Vergleichen (S22) der berechneten Eigenfrequenz mit einer vorgegebenen Eigenfrequenz; h) Ändern des Anstellwinkels (38) der primären Flügelabschnitte (22) und Wiederholen der Schritte d) bis g) bis die Berechnung des Schritts f) in einer Eigenfrequenz resultiert, die größer oder gleich einer applikationsabhängigen, vorgegebenen Eigenfrequenz ist.Method (46) for optimizing a natural frequency of a clutch (10) which is set up for the rotationally fixed connection of a first component, which is a rotary encoder (14) with an encoder shaft, to a second component, in particular a system to be measured with a shaft to be measured , wherein the coupling (10), when the components are connected to one another in a rotationally fixed manner, is arranged in an axial direction (Z) between the components and is aligned coaxially with the components, the coupling (10) being further configured to be axial and / or allow radial relative movements between the components within tolerance limits and wherein a body (18) of the coupling (10) comprises: a central section (20); and at least two primary wing sections (22) each having a mounting section (32) and a connecting section (34), the connecting section (34) being oriented at an angle of attack (38) to a radially oriented plane of the central section or perpendicularly thereto; and wherein the method (46) comprises the steps of: a) determining (S10) a geometry of the coupling (10) and a material of the coupling (10); b) calculating (S12) an moment of inertia of a rotary system which is formed from the clutch (10) and the rotary encoder (14); c) determining (S14) a deflection angle for the rotating system; d) calculating (S16) a deflection force which is required to reach the deflection angle by rotating the rotating system about an axis (28) of the encoder shaft; e) calculating (S18) a torsion spring constant for the clutch (10) based on the deflection force and the deflection angle; f) calculating (S20) a natural frequency of the clutch, in particular based on the model of a mathematical pendulum; g) comparing (S22) the calculated natural frequency with a predetermined natural frequency; h) changing the angle of attack (38) of the primary wing sections (22) and repeating steps d) to g) until the calculation of step f) results in a natural frequency that is greater than or equal to an application-dependent, predetermined natural frequency. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner aufweist: i) Verifizieren durch Berechnung, ob die axialen und/oder radialen Toleranzen mit der festgelegten Geometrie und dem festgelegten Anstellwinkel (38) einhaltbar sind; und j) wenn die Toleranzen im Schritt i) nicht einhaltbar sind, Ändern einer Geometrie des Zentralabschnitts (20), insbesondere durch Ändern einer Breite (B) von Verbindungsabschnitten (34) der primären Flügelabschnitte (22), solange bis die Toleranzen einhaltbar sind.Procedure according to Claim 10 , further comprising: i) verifying by calculation whether the axial and / or radial tolerances with the defined geometry and the defined angle of attack (38) can be met; and j) if the tolerances in step i) cannot be met, changing a geometry of the central section (20), in particular by changing a width (B) of connecting sections (34) of the primary wing sections (22) until the tolerances can be met.
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