DE3726393A1 - Anordnung zum koppeln des abtriebsgliedes einer motoreinheit mit dem laeufer eines die motoreinheit steuernden gebers - Google Patents

Anordnung zum koppeln des abtriebsgliedes einer motoreinheit mit dem laeufer eines die motoreinheit steuernden gebers

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DE3726393A1 DE19873726393 DE3726393A DE3726393A1 DE 3726393 A1 DE3726393 A1 DE 3726393A1 DE 19873726393 DE19873726393 DE 19873726393 DE 3726393 A DE3726393 A DE 3726393A DE 3726393 A1 DE3726393 A1 DE 3726393A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Koppeln des Abtriebsgliedes einer eine Kraft oder ein Drehmoment erzeugenden Motoreinheit mit dem als Hohlwelle ausgebildeten Läufer eines an der Motoreinheit zentriert befestigbaren Gebers, z.B. Meß- bzw. Regelgebers oder Empfängers, insbesondere für Antriebe bei Industrie-Robotern.
Die Gestaltung der Motoreinheiten und der Geber kann in verschiedenster Weise erfolgen. Als Motoreinheit kann beispielsweise ein Elektromotor, ein Hydraulikmotor, ein Hydraulikzylinder oder dergleichen angenommen werden. Als Geber werden im Sinne der Erfindung Meßsysteme verstanden, die entweder direkt oder über Getriebe mit der Motoreinheit verbunden sind und Drehzahlen, Winkel, Wege oder Temperaturen usw. in digitaler oder analoger Weise aufnehmen und diese zur Auswertung oder weiteren Zuordnung an davon abhängige Kraft-, Steuer- oder Regeleinrichtungen abgeben. Diese Abgabe kann direkt oder unter Zwischenschaltung numerischer Steuerungen erfolgen.
Es versteht sich von selbst, daß die Genauigkeit solcher Geber einen direkten Einfluß auf das Betriebsverhalten der mit den Gebern direkt oder indirekt verbundenen Motoreinheiten besitzt.
Besonders dann, wenn der Geber bzw. das Signal übertragende Teil des Gebers direkt mit der Motoreinheit verbunden ist, erscheint es verständlich, wenn Schwingungen, Erschütterungen, Formänderungen infolge von Belastungen, Temperaturen oder toleranzabhängige Einflüsse auf Seiten der Motoreinheit in direktem funktionellen Zusammenhang mit der Qualität der Signalgabe oder ihrer Auswertung bestehen.
Bei den in der Praxis vorbekannten Anordnungen zum Koppeln des Abtriebsgliedes einer Motoreinheit mit dem Läufer eines die Motoreinheit steuernden oder regelnden Gebers wird der als Hohlwelle ausgebildete Läufer über eine Klemmverbindung unmittelbar auf dem Abtriebsglied, beispielsweise einer Abtriebswelle der Motoreinheit, befestigt. Dies setzt zumindest voraus, daß die Hohlwelle des Geberläufers auf dem Abtriebsglied der Motoreinheit geführt ist, um eine einigermaßen zentrische Verspannung des Läufers des Gebers mit dem Abtriebsglied der Motoreinheit herbeizuführen.
Aus dieser unmittelbaren Verbindung des Läufers des Gebers mit dem Abtriebsglied der Motoreinheit folgt aber andererseits, daß Schwingungen, Erschütterungen, Formänderungen oder dergleichen unmittelbar übertragen werden. Deshalb ist die Qualität der Signalgebung, insbesondere bei größeren Motoreinheiten, keineswegs befriedigend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität der Signalgebung des Gebers unabhängig von äußeren Einflüssen zu machen, welche von der Motoreinheit einwirken können um damit beizutragen, die Präzision der geforderten Regel- oder Steuervorgänge wesentlich zu steigern.
Ausgehend von der eingangs erwähnten vorbekannten Anordnung besteht das Wesen der Erfindung darin, daß der Läufer des Gebers unabhängig vom Abtriebsglied der Motoreinheit drehbar gelagert und mit diesem Abtriebsglied über eine drehschlüssige, aber im übrigen stoßdämpfende, schlagausgleichende beziehungsweise ausweichfähige Kupplung verbunden ist.
Mit dieser Konzeption der Erfindung wird im Prinzip erreicht, daß am Abtriebsglied der Motoreinheit vorhandene äußere Einflüsse sich nicht auf den Läufer des Gebers übertragen lassen. Es ist zwar nach wie vor eine Drehschlüssigkeit zwischen dem Abtriebsglied der Motoreinheit und dem Läufer des Gebers vorhanden. Diese drehschlüssige Verbindung überträgt aber nicht von außen einwirkende Kräfte, die in einer anderen von der Umfangsrichtung abweichenden Richtung auf die drehschlüssige Verbindung einwirken.
Diese erfindungsgemäße Grundkonzeption läßt sich in verschiedener Weise ausführen. Man kann z.B. den Läufer des Gebers im Stator des Gebers drehbar lagern, um damit eine Unabhängigkeit vom Abtriebsglied der Motoreinheit herbeizuführen. Es ist aber auch denkbar, den Läufer des Gebers an einem Lagerflansch der Motoreinheit drehbar zu lagern. Auch auf diese Weise wird die Unabhängigkeit der Lagerung des Geberläufers vom Bewegungsverhalten des Abtriebsgliedes der Motoreinheit gewährleistet.
Auch die erfindungsgemäße Kupplung zwischen dem Abtriebsglied der Motoreinheit und dem Läufer des Gebers läßt sich in mannigfacher Weise gestalten. Bevorzugt ist diese Kupplung über eine dreheinstellbare Klemmverbindung am Abtriebsglied der Motoreinheit befestigt.
In einer ersten Variante kann die Kupplung als ein in Umfangsrichtung durch Schlitze wandgeschwächter Teil des Hohlwellen-Läufers gestaltet sein, wobei dieser Teil zwischen dem Lager des Läufers und der Klemmverbindung des Läufers mit dem Abtriebsglied der Motoreinheit sich befindet.
In einer anderen Gestaltung kann die Kupplung als kardanisch wirkende Kupplung ausgebildet sein. Hierzu empfiehlt es sich, diese kardanische Kupplung aus einer am Abtriebsglied der Motoreinheit gegebenenfalls mit Spiel geführten Scheibe mit kreuzweise darin angeordneten radialen Schlitzen zu bilden, in welche Schlitze von der einen Seite Fortsätze des Läufers des Gebers und von der anderen Seite Fortsätze einer mit dem Abtriebsglied der Motoreinheit verbindbaren Nabe der Klemmverbindung in zueinander winkelversetzter Lage eingreifen.
In einer weiteren Ausführung ist die Klemmverbindung durch eine in Umfangsrichtung spielfreie Verzahnung, z.B. Evolventenzahnverbindung ersetzt. Eine leichte Montage und axiale Ausgleichsmöglichkeiten für Toleranzen und Wärmedehnungen in Längsrichtung ist eine vorteilhafte Eigenschaft dieser Lösung.
Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch und beispielsweise dargestellt. Es zeigen:
Fig. (1) eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der Koppelung zwischen einer Motoreinheit und einem Geber,
Fig. (2) einen Teilschnitt durch eine Kupplungsverbindung zwischen dem Abtriebsglied der Motoreinheit und dem Läufer des Gebers,
Fig. (3) und (4) Schnitte durch Varianten der Anordnung nach Fig. (2) und
Fig. (5) einen Schnitt durch eine Lagerung des Geberläufers als Alternative zu Fig. (1).
Im Ausführungsbeispiel der Fig. (1) sind ganz allgemein mit (1) eine Motoreinheit, mit (2) ein Abtriebsglied (z.B. Welle) dieser Motoreinheit (1) und mit (6) ein Geber dargestellt.
Die Motoreinheit (1) kann beispielsweise eine Kraft- oder Drehmoment erzeugende Einheit sein, insbesondere im Rahmen eines Servo-Antriebes, wie dieser besonders für Antriebe bei Industrie-Robotern benötigt wird. Im Rahmen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles kann die Motoreinheit (1) beispielsweise ein servoelektrischer, bürstenloser Gleichstromantrieb sein.
Der Läufer (9) des Gebers (6) ist entweder direkt oder getrieblich mit der Motoreinheit (1) verbunden. Er kann Drehzahlen, Winkel oder Wege und dergleichen aufnehmen und diese zur Auswertung oder weiteren Zuordnung an davon abhängige Kraft-, Steuer oder Regeleinrichtungen abgeben. Diese Abgabe kann direkt oder auch beispielsweise unter Zwischenschaltung einer numerischen Steuerung erfolgen.
Um die vom Abtriebsglied (2) der Motoreinheit (1) ausgehenden Schwingungen, Erschütterungen, Formänderungen, temperatur- oder toleranzabhängige Belastungen vom Geber (6) abzuschirmen, ist zunächst vorgesehen, daß der Läufer (9) des Gebers (6) eine vom Abtriebsglied (2) unabhängige Lagerung (10) besitzt. Die Eigenbewegungen des Abtriebsgliedes (2) können somit nicht unmittelbar auf den Läufer (9) des Gebers (6) einwirken.
Um dies zu erreichen, ist im Ausführungsbeispiel der Fig. (1) folgende Konstruktion vorgesehen:
Das Abtriebsglied (2), welches im Beispiel eine Abtriebswelle (2) ist, wird über das Lager (4) in der Motoreinheit (1) drehbar gelagert, und zwar in einem Lagerflansch (3), welcher über Stege (5) mit dem Ständer der Motoreinheit (1) verbunden ist.
Der Stator (7) des Gebers (6) ist an diesem Lagerflansch (3) befestigt, und zwar in zentrierter Lage (8), welche eine Dreheinstellung des Stators (7) gegenüber dem Lagerflansch (3) ermöglicht. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. (1) wird der Läufer (9) des Gebers (6) über die Lager (10) in diesem Stator (7) unabhängig von der Anordnung des Abtriebsgliedes (2) gelagert.
Um die drehschlüssige Verbindung des Abtriebsgliedes (2) der Motoreinheit (1) mit dem Läufer (9) des Gebers (6) herbeizuführen, ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. (1) eine Kupplung (11) vorgesehen, welche die Drehbewegung drehschlüssig überträgt, aber im übrigen stoßdämpfend, schlagausgleichend bzw. ausweichfähig wirkt. Daraus folgt, daß mit Ausnahme des Drehmomentes keine anderen Kräfte vom Abtriebsglied (2) auf den Läufer (9) des Gebers (6) übertragen werden.
Wie auch das Ausführungsbeispiel der Fig. (2) zeigt, stellt sich die Kupplung (11) als eine Verlängerung des hohlwellenartigen Läufers (9) des Gebers (6) dar, die von in Umfangsrichtung sich erstreckenden Schlitzen (14) durchbrochen ist. Diese Schlitze (14) verhindern nicht die drehschlüssige Verbindung des Abtriebsgliedes (2) mit dem Läufer (9). Diese Schlitze (14) eliminieren jedoch sonstige von außen kommende Einflüsse, insbesondere in radialer Richtung und verhindern damit eine direkte Übertragung solcher Einflüsse vom Abtriebsglied (2) auf den Läufer (9).
Der Läufer (9) ist über die Kupplung (11) mittels einer Klemmverbindung (12) am Abtriebsglied (2) der Motoreinheit (1) befestigt. Wie hier zu Fig. (2) näher dargestellt, geht der Läufer (9) des Gebers (6) in eine Klemmnabe (15) über, die mittels einer Mutter (17) und einer Scheibe (16) gegen einen Ansatz des Abtriebsgliedes (2) verspannt wird. Diese Verspannung ist zufolge der Schlitze (14) unfähig, Eigenbewegungen des Abtriebsgliedes (2) auf den Läufer (9) des Gebers (6) zu übertragen.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Anschlußzapfen (13) des Abtriebsgliedes (2) die Klemmverbindung (12) überragen und beispielsweise Anschlußfläche für einen weiteren Geber bilden.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. (3) ist im Gegensatz zu Fig. (1) und (2) eine kardanische Kupplung (18) gezeigt, welche die Bewegung des Abtriebsgliedes (2) der Motoreinheit (1) drehschlüssig auf den Läufer (9) des Gebers (6) überträgt, ohne aber sonstige Einflüsse zu übertragen. Diese kardanische Kupplung (18) besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Kupplungsscheibe (19), die gegebenenfalls mit Spiel auf dem Abtriebsglied (2) lose geführt ist. Radiale Schlitze (20) in dieser Kupplungsscheibe (19), die kreuzartig angeordnet sind, dienen dazu, auf der einen Seite Fortsätze (21) des Läufers (9) und auf der anderen Seite Fortsätze (22) der Klemmnabe (15) drehschlüssig aufzunehmen. Diese Fortsätze (21, 22) sind um jeweils 90° drehversetzt, so daß sie gegeneinander radiale Ausweichmöglichkeiten besitzen.
Diese Anordnung überträgt die Drehbewegung des Abtriebsgliedes (2) auf den Läufer (9) des Gebers (6) und über die Fortsätze (22) der Klemmnabe (15) auf die Kupplungsscheibe (19), welche ihrerseits über die Schlitze (20) und Fortsätze (21) mit dem Läufer (9) verbunden ist. Die Klemmnabe (15) sitzt ihrerseits auf einem konischen Ansatz des Abtriebsgliedes (2) der Motoreinheit (1). Da die Schlitze (20) und die zugeordneten Fortsätze (21, 22) im Winkel zueinander versetzt sind, ergeben sich radiale und auch axiale Freiheitsgrade, welche die Übertragung unerwünschter Einflüsse vermeiden.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. (4) ist die vorher erwähnte Klemmverbindung durch eine formschlüssige Evolventenzahnverbindung (25) zwischen dem Läufer (9) des Gebers und dem Abtriebsglied (2) ersetzt worden. Die Evolventenzahnverbindung (25) ist in Umfangsrichtung spielfrei und läßt in axialer Richtung Längenausgleich zu. Die im Ausführungsbeispiel nach Fig. (2) beschriebene Kupplung (11) kann in diesem Fall vorteilhaft eingesetzt werden. Die notwendige stufenlose Einstellung des Läufers (9) des Gebers zusammen mit dem Motorläufer (2) zum Stator des Gebers (7) ist durch die stufenlose Einstellbarkeit der Statorklemmverbindung (24) (s. Fig. (1)) gegeben.
Im Beispiel der Fig. (5) ist dargestellt, daß der Läufer (9) des Gebers (6) (im Gegensatz zu Fig. (1)) auch an einem Flanschansatz (23) des Lagerflansches (3) gelagert sein kann, der seinerseits mit der Motoreinheit (1) fest verbunden ist. Auch in diesem Falle ist eine unmittelbare Verbindung des Läufers (9) des Gebers (6) mit dem Abtriebsglied (2) der Motoreinheit (1) vermieden.
Abschließend sei erwähnt, daß die Geber (6) ganz unterschiedliche Funktionen haben können. Sie können beispielsweise die Raumform eines bürstenlosen Resolvers für die Kommutierung der Motoreinheit besitzen, wobei es sich um die einer Sinuslinie folgende Ausgabe von analog zur Winkelstellung sich verändernden Spannungswerten handelt. Besonders bei Kommutierungsgebern ist es erforderlich, daß der Läufer (9) des Gebers (6) in seiner Winkellage exakt zum Motorläufer (2) der Motoreinheit (1) eingerichtet werden muß und zwar in Abhängigkeit von der Umfangslage des Stators des Gebers (7). Deshalb ist es zweckmäßig, eine Zugänglichkeit zur Klemmverbindung (12) zu schaffen, um diese stufenlos einstellbar zu machen. Die stufenlose Einstellung ist auch durch die Statorklemmverbindung (24) zum Lagerflansch (3) des Motors (1) gegeben.
Sollte es notwendig sein, mit dem Abtriebsglied (2) der Motoreinheit (1) andere Aggregate, z.B. weitere Meßgeber, zu verbinden, dann sollte die Zuordnung des Läufers (9) des Gebers (6) zum Abtriebsglied (2) der Motoreinheit (1) nicht verstellt werden. Diese einmal eingestellte Zuordnung sollte möglichst konstant beibehalten bleiben. Im Falle, daß weitere Geber (6 ) (vgl. Fig. 1) mit dem Geber (6) kommunizieren müssen sind diese für sich stufenlos verstellbar zum Geber (6) anzuordnen.
Sollte es erforderlich sein, daß die Drehzahl des Abtriebsgliedes (2) der Motoreinheit (1) nicht der Drehzahl des Läufers (9) des Gebers (6) gleich ist, dann kann im Sinne der Erfindung im Bereich der Kupplung (11) durchaus ein über- oder untersetzendes Getriebe eingebaut werden.
Stückliste
 1 Motoreinheit
 2 Abtriebsglied (Welle)
 3 Lagerflansch
 4 Lager
 5 Steg
 6 Geber
 6′ weiterer Geber
 7 Stator des Gebers
 8 dreheinstellbare Zentrierung
 9 Läufer des Gebers
10 Lager
11 Kupplung
12 Klemmverbindung
13 Anschlußzapfen für weitere Geber
14 Schlitz in Umfangsrichtung
15 Klemmnabe
16 Scheibe
17 Mutter
18 kardanische Kupplung
19 Kupplungsscheibe
20 Schlitz
21 Fortsatz des Läufers
22 Fortsatz der Klemmnabe
23 Flanschansatz
24 Statorklemmung
25 Evolventenzahnverbindung

Claims (8)

1. Anordnung zum Koppeln des Abtriebsgliedes einer eine Kraft oder ein Drehmoment erzeugenden Motoreinheit mit dem als Hohlwelle ausgebildeten Läufer eines an der Motoreinheit zentriert befestigbaren Gebers, z.B. Meß- bzw. Regelgebers oder Empfängers, insbesondere für Antriebe bei Industrie-Robotern, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (9) des Gebers (6) unabhängig vom Abtriebsglied (2) der Motoreinheit (1) drehbar gelagert und mit diesem Abtriebsglied (2) über eine drehschlüssige, aber im übrigen stoßdämpfende, schlagausgleichende bzw. ausweichfähige Kupplung (11) verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (9) des Gebers (6) im Stator (7) des Gebers (6) drehbar (10) gelagert ist.
3. Anordnung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (9) des Gebers (6) an einem Lagerflansch (3, 23) der Motoreinheit (1) drehbar gelagert ist.
4. Anordnung nach Anspruch (1) oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (11) über eine dreheinstellbare Klemmverbindung (12) am Abtriebsglied (2) der Motoreinheit (1) befestigt ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche (1) bis (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (11) über eine in Umfangsrichtung spielfreie Verzahnung, z.B. Evolventenverzahnung, mit dem Abtriebsglied (2) der Motoreinheit (1) drehschlüssig verbunden ist.
6. Anordnung nach Anspruch (1) oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (11) als ein im Umfangsrichtung durch Schlitze (14) wandgeschwächter Teil des Hohlwellen-Läufers (9) gestaltet und dieser Teil zwischen dem Lager (10) des Läufers (9) und der Klemmverbindung (12) des Läufers (9) mit dem Abtriebsglied (2) der Motoreinheit (1) angeordnet ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche (1) bis (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (11) als kardanisch wirkende Kupplung (18) ausgebildet ist.
8. Anordnung nach Anspruch (7), dadurch gekennzeichnet, daß die kardanisch wirkende Kupplung (18) aus einer am Abtriebsglied (2) der Motoreinheit (1) gegebenenfalls mit Spiel geführten Kupplungsscheibe (19) mit kreuzweise darin angeordneten radialen Schlitzen (20) besteht, in welche Schlitze (20) von der einen Seite Fortsätze (21) des Läufers (9) des Gebers (6) und von der anderen Seite Fortsätze (22) einer mit dem Abtriebsglied (2) der Motoreinheit (1) verbindbaren Nabe (15) der Klemmverbindung (12) in zueinander winkelversetzter Lage eingreifen.
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