DE19937971A1 - Coupling device for positively connecting two rotating shafts and pump unit with coupling formed by disc springs fitted on each shaft - Google Patents
Coupling device for positively connecting two rotating shafts and pump unit with coupling formed by disc springs fitted on each shaftInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Kupp lungseinrichtung zur drehfesten Verbindung einer ersten Welle mit einer zweiten Welle. Insbesondere dient die Kupplungseinrichtung zur Kupplung der Antriebs welle eines Elektromotors mit der Antriebswelle einer Hydropumpe. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Pumpenaggregat, das einen Elektromotor und eine Hy dropumpe aufweist, deren Antriebswellen über eine Kupplungseinrichtung dreh fest miteinander verbunden sind.According to the preamble of claim 1, the invention relates to a coupling lungseinrichtung for rotationally fixed connection of a first shaft with a second Wave. In particular, the coupling device serves for coupling the drive shaft of an electric motor with the drive shaft of a hydraulic pump. Furthermore The invention relates to a pump unit that an electric motor and a Hy has dropumpe whose drive shafts rotate via a coupling device are firmly connected.
Ein solches Pumpenaggregat ist z. B. aus der EP 0 627 558 B1 bekannt. Dort be steht die Kupplungseinrichtung im wesentlichen aus einer Hülse, in die von der einen Seite aus ein Wellenstummel der Pumpenwelle und von der anderen Seite aus ein Wellenstummel der Motorwelle eintaucht. Zur formschlüssigen Verbindung der Wellenstummel mit der Hülse tragen die Wellenstummel üblicherweise eine Außenverzahnung und die Hülse eine Innenverzahnung. Nachteilig an dieser Kupplungseinrichtung ist die große axiale Baulänge, die geringe Eignung der Kupplung, Fluchtungsfehler zwischen den beiden Wellen auszugleichen, und die nicht immer gegebene Spielfreiheit in der Kupplung. Die Spielfreiheit ist vor allem dann notwendig, wenn der Antriebsmotor ein drehzahlvariabler Elektromotor ist, dessen Drehwinkel unmittelbar mit der von der Pumpe geförderten Druckmittel menge korreliert und mit dem durch eine Verdrehung um sehr kleine Winkel auch die Zufuhr einer sehr kleinen Druckmittelmenge zu einem hydraulischen Verbrau cher gesteuert werden soll. Die Steuerung sehr kleiner Druckmittelmengen ist z. B. bei einem Positionierantrieb notwendig.Such a pump unit is such. B. is known from EP 0 627 558 B1. There be the coupling device essentially consists of a sleeve into which the one side of a shaft end of the pump shaft and the other side from a stub shaft of the motor shaft. For a positive connection the shaft end with the sleeve, the shaft end usually carry one External toothing and the sleeve an internal toothing. Disadvantage of this Coupling device is the large axial length, the low suitability of the Coupling to compensate for misalignment between the two shafts, and the not always free play in the clutch. The freedom of play is above all necessary if the drive motor is a variable-speed electric motor, whose angle of rotation directly with the pressure medium delivered by the pump quantity correlated and also with that by twisting by very small angles the supply of a very small amount of pressure medium to a hydraulic consumption cher should be controlled. The control of very small amounts of pressure medium is e.g. B. necessary for a positioning drive.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungseinrichtung bzw. ein Pumpenaggregat mit einer Kupplungseinrichtung zwischen der Welle der Pumpe und der Welle des Antriebsmotors zu schaffen, die axial kurz baut, kleine re Fluchtungsfehler gut ausgleicht und weitgehend spielfrei ist.The invention is therefore based on the object of a coupling device or a pump unit with a coupling device between the shaft of To create the pump and the shaft of the drive motor, which builds axially short, small re misalignment is well balanced and largely free of play.
Diese Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1 durch eine Kupplungseinrichtung und gemäß Patentanspruch 10 durch ein Pumpenaggregat mit einer Kupplungs einrichtung gelöst, die eine erste Tellerfeder, die auf der ersten Welle sitzt, eine zweite Tellerfeder, die auf der zweiten Welle sitzt, und einen die beiden Tellerfe dern umgebenden Ring aufweist, mit dem die Tellerfedern radial verspannt sind. Eine solche Kupplungseinrichtung baut sehr kurz, kann, weil die Tellerfedern nachgiebig sind, Fluchtungsfehler ausgleichen und ist, weil die Mitnahme über ei nen starken Reibschluß erfolgt, spielfrei.This object is achieved according to claim 1 by a coupling device and according to claim 10 by a pump unit with a clutch device solved, the first disc spring, which sits on the first shaft, a second disc spring, which sits on the second shaft, and the two disc springs the surrounding ring with which the plate springs are radially clamped. Such a coupling device builds very short, because the plate springs are compliant, compensate for misalignment and is because the take over ei There is a strong frictional engagement, free of play.
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung kann man den Patentansprüchen 2 bis 9 und eine vorteilhafte Ausgestaltung ei nes erfindungsgemäßen Pumpenaggregats dem Patentanspruch 11 entnehmen.Advantageous embodiments of a coupling device according to the invention you can egg claims 2 to 9 and an advantageous embodiment nes pump unit according to the invention can be found in claim 11.
So sind gemäß Patentanspruch 2 die beiden Tellerfedern identisch zueinander, so daß die Teilevielfalt beschränkt ist.So according to claim 2, the two plate springs are identical to each other, so that the variety of parts is limited.
Bevorzugt laufen gemäß Patentanspruch 3 die beiden Tellerfedern an ihrem äu ßeren Rand aufeinander zu. Dabei ist vorteilhafterweise gemäß Patentanspruch 4 an dem Ring ein nach innen gerichteter und zwischen die beiden Tellerfedern ein greifender Steg vorhanden. An diesem Steg liegen die Tellerfedern axial an. Sie nehmen somit bezüglich des Rings eine definierte Lage ein. An sich könnten die beiden Tellerfedern an ihrem Außenrand auch direkt axial aneinanderanliegen. Allerdings wäre dann eine definierte Lage bezüglich des Rings, z. B. eine symme trische Lage bezüglich einer durch die Mitte des Rings gehenden Radialebene, nicht gewährleistet. Auch ist durch den Steg eine definierte axiale Anlagefläche für den Außenrad jeder Tellerfeder geschaffen.Preferably, according to claim 3, the two plate springs run on their outer outer edge towards each other. It is advantageous according to claim 4 on the ring an inward and between the two disc springs gripping bar available. The disc springs rest axially on this web. she thus assume a defined position with respect to the ring. In itself, they could Both disc springs also lie directly axially against one another on their outer edge. However, a defined position with respect to the ring, e.g. B. a symme trical position with respect to a radial plane passing through the center of the ring, not guaranteed. The web also has a defined axial contact surface for created the outer wheel of each disc spring.
Gemäß Patentanspruch 5 besitzen die Tellerfedern vorzugsweise einen zentralen Durchgang und sind mit diesem auf die Wellen aufgeschoben. Damit jede Teller feder auf der jeweiligen Welle eine definierte Position einnimmt, besitzen die Wellen gemäß Patentanspruch 6 eine radiale Außenschulter, bis zu der die jewei lige Tellerfeder auf die Welle aufgeschoben ist.According to claim 5, the plate springs preferably have a central Passage and are pushed onto the waves with it. So every plate has a defined position on the respective shaft Shafts according to claim 6, a radial outer shoulder, up to which the jewei lige Belleville spring is pushed onto the shaft.
Gemäß den Patentansprüchen 7, 8 und 9 besitzen die Tellerfedern radial verlau fende Schlitze. Dadurch kann bei gegebener Materialstärke der Tellerfedern die axial gerichtete Reaktionskraft auf die Wellen im Vergleich zu der Verwendung von ungeschlitzten Tellerfedern verringert werden, ohne daß das übertragbare Drehmoment wesentlich kleiner wird.According to patent claims 7, 8 and 9, the plate springs have a radial radial color slits. As a result, the disc springs can be used for a given material thickness axially directed reaction force to the shafts compared to the use of slotted disc springs can be reduced without the transferable Torque becomes much smaller.
Wie schon angedeutet, ist eine erfindungsgemäße spielfreie Kupplungseinrichtung vor allem in einem Pumpenaggregat von Vorteil, bei dem die Hydropumpe von ei nem drehzahlvariablen Motor angetrieben wird.As already indicated, a clutch device according to the invention is free of play This is particularly advantageous in a pump unit in which the hydraulic pump from ei nem variable speed motor is driven.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung und zwei Varianten von verwendbaren Tellerfedern sind in der Zeichnung dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnung wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of a coupling device according to the invention and two variants of usable disc springs are shown in the drawing. The invention will now be explained in more detail with reference to the figures of this drawing. Show it
Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch ein Pumpenaggregat im Bereich der Kupplungseinrichtung, Fig. 1 shows a partial longitudinal section through a pump unit in the region of the coupling device,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine der beiden in der Kupplungseinrichtung nach Fig. 1 verwendeten Tellerfedern und Fig. 2 is a plan view of one of the two plate springs used in the coupling device according to Fig. 1 and
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine alternative Form eine Tellerfeder. Fig. 3 is a plan view of an alternative form of a plate spring.
Gemäß Fig. 1 ist eine Hydropumpe 10 mit einem Befestigungsflansch 11 ihres Gehäuses am Lagerschild 12 des Gehäuses eines Elektromotors 13 mit Schrau ben 14 befestigt. Die Darstellung ist so, daß die Schrauben noch nicht ganz ein gedreht sind und der Befestigungsflansch 11 noch einen kleinen axialen Abstand vom Lagerschild 12 hat. Der Lagerschild 12 weist eine zum Befestigungsflansch 11 hin offene größere Aussparung 15 auf, in die der Befestigungsflansch 11 mit einem Zentrierbund 16 eingreift. Zwischen diesem und dem Boden der Ausspa rung 15 ist ein größerer Freiraum vorhanden, in dem sich eine Kupplungseinrich tung 20 befindet, mit der die Antriebswelle 21 der Hydropumpe 10 mit der An triebswelle 22 des Elektromotors 13 drehfest verbunden ist. Die Pumpenwelle 21 ist mithilfe eines Kugellagers 23 drehbar gelagert, dessen Außenring in den Be festigungsflansch 11 eingepreßt ist und dessen Innenring mit Preßsitz bis zu einer Außenschulter 24 auf einen Lagerabschnitt 25 der Pumpenwelle 21 mit Preßsitz aufgeschoben ist. In gleicher Weise ist die Motorwelle 22 mithilfe eines Kugella gers 26 drehbar gelagert, dessen Außenring in den Lagerschild 12 eingepreßt ist und dessen Innenring bis zu einer radialen Außenschulter 27 der Motorwelle 22 auf einen Lagerabschnitt 28 dieser Welle mit Preßsitz aufgeschoben ist. Axial auf die Wellen 21 und 22 wirkende Kräfte können in beide Richtungen von den Kugel lagern 23 und 26 aufgenommen werden. Beide Wellen 21 und 22 ragen in die Aussparung 15 des Lagerschildes 12 des Elektromotors 13 hinein und liegen sich mit zwei kurzen Wellenstummeln 29 und 30, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Lagerabschnitte 25 und 28 und die an einer weiteren radialen Außenschulter 31 bzw. 32 der Wellen enden, im geringen Abstand gegenüber. An ihrem freien Ende sind die beiden Wellenstummel 29 und 30 mit einer Fase 33 versehen.According to Fig. 1 is a hydraulic pump 10 of its housing ben an electric motor 13 with a mounting flange 11 Schrau with the bearing plate 12 of the housing 14 is fixed. The representation is such that the screws are not quite turned and the mounting flange 11 is still a small axial distance from the bearing plate 12 . The end shield 12 has a larger cutout 15 which is open toward the fastening flange 11 and into which the fastening flange 11 engages with a centering collar 16 . Between this and the bottom of Ausspa tion 15 there is a larger free space, in which a clutch device 20 is located, with which the drive shaft 21 of the hydraulic pump 10 with the drive shaft 22 to the electric motor 13 is rotatably connected. The pump shaft 21 is rotatably supported by means of a ball bearing 23 , the outer ring of which is pressed into the fastening flange 11 and the inner ring of which is pushed with an interference fit up to an outer shoulder 24 onto a bearing section 25 of the pump shaft 21 with an interference fit. In the same way, the motor shaft 22 is rotatably supported by means of a Kugella gers 26 , the outer ring of which is pressed into the end shield 12 and the inner ring of which is pushed onto a bearing section 28 of this shaft with a press fit up to a radial outer shoulder 27 of the motor shaft 22 . Forces acting axially on the shafts 21 and 22 can be supported by the ball bearings 23 and 26 in both directions. Both shafts 21 and 22 protrude into the recess 15 of the end shield 12 of the electric motor 13 and lie with two short shaft ends 29 and 30 , the diameter of which is smaller than the diameter of the bearing sections 25 and 28 and which are on a further radial outer shoulder 31 or 32 of the waves end at a short distance from each other. The two shaft ends 29 and 30 are provided with a chamfer 33 at their free end.
Die Kupplungseinrichtung 20 besteht aus zwei Tellerfedern 35 und 36, die die Form von Lochscheiben mit einem zentralen kreiszylindrischen Loch 37 haben, und einem Spannring 38. Die erste Tellerfeder 35 ist mit dem zentralen Loch 37 bis zur Außenschulter 31 mit Preßsitz auf den Wellenstummel 29 der Pumpenwel le 21 aufgeschoben. Das Aufschieben wird durch die Fase 33 erleichtert. Die Verbindung zwischen der Tellerfeder 35 und der Pumpenwelle 21 ist drehfest. Die zweite Tellerfeder 36, die gleich wie die erste Tellerfeder 35 ausgebildet ist, ist mit Preßsitz und bis zur Außenschulter 32 auf den Wellenstummel 30 der Motorwelle 22 aufgeschoben. Auch hier wird die Montage durch die Fase 33 erleichtert. Ge nauso wie die Verbindung zwischen der Tellerfeder 35 und der Pumpenwelle 21 ist auch die Verbindung zwischen der Tellerfeder 36 und der Motorwelle 22 dreh fest. Die beiden Tellerfedern haben zwischen dem das zentrale Loch 37 begren zenden inneren Rand 39 und dem äußeren Rand 40 die Form eines sehr flachen Kegelstumpfes und sind so auf die Wellen 21 und 22 montiert, daß sich die durch die äußeren Ränder 40 begrenzten Grundflächen gegenüberliegen. Vom inneren Rand 39 aus fortschreitend zum äußeren Rand 40 laufen die beiden Tellerfedern also aufeinander zu. Der Spannring 38 umgibt die beiden Tellerfedern 35 und 36 an ihrem äußeren Rand 40. In axialer Richtung gesehen in der Mitte trägt der Spannring 38 innen einen Steg 41, der zwischen die beiden Tellerfedern 35 und 36 ragt und an dessen einer axialen Ringfläche die Tellerfeder 35 und dessen an derer axialen Ringfläche die Tellerfeder 36 anliegt.The coupling device 20 consists of two disc springs 35 and 36 , which have the shape of perforated disks with a central circular cylindrical hole 37 , and a clamping ring 38 . The first plate spring 35 is pushed with the central hole 37 to the outer shoulder 31 with a press fit on the stub shaft 29 of the pump shaft 21 . The bevel is made easier by the chamfer 33 . The connection between the plate spring 35 and the pump shaft 21 is rotationally fixed. The second plate spring 36 , which is designed in the same way as the first plate spring 35 , is pushed onto the stub shaft 30 of the motor shaft 22 with a press fit and up to the outer shoulder 32 . Here too, assembly is made easier by the chamfer 33 . Ge just like the connection between the plate spring 35 and the pump shaft 21 , the connection between the plate spring 36 and the motor shaft 22 is rotationally fixed. The two plate springs have between the central hole 37 limiting inner edge 39 and the outer edge 40 in the form of a very flat truncated cone and are mounted on the shafts 21 and 22 so that the base surfaces delimited by the outer edges 40 are opposite. Progressing from the inner edge 39 to the outer edge 40 , the two disc springs therefore run towards one another. The clamping ring 38 surrounds the two plate springs 35 and 36 on their outer edge 40 . Seen in the axial direction in the middle, the clamping ring 38 carries a web 41 on the inside, which projects between the two plate springs 35 and 36 and on whose one axial ring surface the plate spring 35 and on whose axial ring surface the plate spring 36 bears.
Gemäß Fig. 2 weisen die beiden Tellerfedern 35 und 36 insgesamt 12 radial verlaufende Schlitze 45 auf, die gleichmäßig über den Umfang der Tellerfedern verteilt sind und die zum äußeren Rand 40 hin offen sind. Durch die Schlitze 45 wird die axiale Elastizität der Tellerfedern erhöht.Referring to FIG. 2, the two plate springs 35 and 36 a total of 12 radially extending slots 45 which are distributed uniformly over the circumference of the plate springs and which are open to the outer edge 40. The slots 45 increase the axial elasticity of the disc springs.
Alternativ können die Tellerfedern auch nur radiale Schlitze haben, die zum inne ren Rand 39 hin offen sind.Alternatively, the plate springs can also have only radial slots which are open towards the inner edge 39 .
Eine weitere Ausführungsform einer Tellerfeder 35, 36, die in einer erfindungsge mäßen Kupplungsvorrichtung verwendbar ist, zeigt die Fig. 3. Die Tellerfeder hat wie diejenige aus Fig. 2 zwölf radial verlaufende, über ihre Länge in radialer Richtung eine gleich bleibende Breite aufweisende Schlitze 45, die gleichmäßig über den Umfang der Tellerfeder verteilt und zum äußeren Rand 40 hin offen sind. Zusätzlich besitzt die Tellerfeder nach Fig. 3 zwölf ebenfalls gleichmäßig über den Umfang verteilte Schlitze 46, die zum inneren Rand 39 hin offen sind und von denen sich jeder in der Mitte zwischen zwei Schlitzen 45 befindet. Auch die Schlit ze 46 sind über ihre Länge in radialer Richtung gleich breit. Außerdem sind die Schlitze 45 und 46 in radialer Richtung so lang, daß sie sich in dieser Richtung überlappen. Insgesamt ergibt sich somit bei der Tellerfeder nach Fig. 3 eine ho he Elastizität in axialer Richtung.A further embodiment of a plate spring 35 , 36 , which can be used in a coupling device according to the invention, is shown in FIG. 3. The plate spring, like that from FIG. 2, has twelve radially extending slots 45 that have a constant width over their length in the radial direction , which are evenly distributed over the circumference of the plate spring and open to the outer edge 40 . In addition, the plate spring according to FIG. 3 has twelve slots 46 , which are also uniformly distributed over the circumference and are open towards the inner edge 39 and each of which is located in the middle between two slots 45 . The Schlit ze 46 are the same width over their length in the radial direction. In addition, the slots 45 and 46 are so long in the radial direction that they overlap in this direction. Overall, there is thus a high elasticity in the axial direction in the plate spring according to FIG. 3.
Vor dem Zusammenbau der Hydropumpe 10 und des Elektromotors 13 wird die Tellerfeder 35 auf den Wellenstummel 29 der Pumpenwelle 21 aufgeschoben. Sie befindet sich zunächst in einem entspannten Zustand. In diesem Zustand kann der Spannring 38 leicht in einem Paßsitz auf die Tellerfeder 35 aufgesetzt werden. Dann wird die Tellerfeder 36 in den Spannring 38 eingelegt. Beim Zusammenfü gen von Hydropumpe 10 und Elektromotor 13 taucht der Wellenstummel 30 der Motorwelle 22 in das zentrale Loch 37 der Tellerfeder 36 ein. Dabei gelangt die Tellerfeder 36 schließlich an die Außenschulter 32 der Motorwelle 22. Dieser Zu stand ist in Fig. 1 gezeigt. Der Befestigungsflansch 11 hat noch einen axialen Abstand vom Lagerschild 12 des Elektromotors 13. Die Tellerfedern 35 und 36 sind noch weitgehend entspannt. Bei der weiteren Bewegung der beiden Wellen 21 und 22 aufeinander zu werden die beiden Tellerfedern 35 und 36, bei denen der Winkel zwischen der Grundfläche und dem Kegelmantel im entspannten Zu stand z. B. fünf Grad beträgt, flachgedrückt, bis der genannte Winkel fast null Grad ist. Durch das Flachdrücken werden die Tellerfedern wie ein Kniehebel zwischen den Wellenstummeln 29 und 30 und dem Spannring 38 verspannt und dadurch die beiden Wellen drehfest miteinander gekoppelt.Before the hydraulic pump 10 and the electric motor 13 are assembled, the plate spring 35 is pushed onto the stub shaft 29 of the pump shaft 21 . She is initially in a relaxed state. In this state, the clamping ring 38 can easily be fitted onto the plate spring 35 in a snug fit. Then the plate spring 36 is inserted into the clamping ring 38 . When assembling the hydraulic pump 10 and the electric motor 13 , the stub shaft 30 of the motor shaft 22 is immersed in the central hole 37 of the plate spring 36 . The plate spring 36 finally reaches the outer shoulder 32 of the motor shaft 22 . This state is shown in Fig. 1. The fastening flange 11 is still at an axial distance from the end shield 12 of the electric motor 13 . The plate springs 35 and 36 are still largely relaxed. In the further movement of the two shafts 21 and 22 to each other, the two plate springs 35 and 36 , in which the angle between the base and the cone shell in the relaxed state was z. B. is five degrees, flattened until said angle is almost zero degrees. By flattening the plate springs are clamped like a toggle lever between the shaft ends 29 and 30 and the clamping ring 38, thereby coupling the two shafts to one another in a rotationally fixed manner.
Claims (11)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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Family
ID=7918002
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DE19937971A Withdrawn DE19937971A1 (en) | 1999-08-11 | 1999-08-11 | Coupling device for positively connecting two rotating shafts and pump unit with coupling formed by disc springs fitted on each shaft |
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