DE3839752A1

DE3839752A1 - Anlaufkupplung fuer einen einphasen-synchronmotor

Info

Publication number: DE3839752A1
Application number: DE19883839752
Authority: DE
Inventors: Joachim Ruehlemann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-11-25
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1990-05-31

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Anlaufkupplung für einen Einphasen-Synchronmotor zum kurzzeitigen Abkoppeln einer mit dessen Abtriebswelle verbundenen Last, z.B. Flügelrad einer Pumpe oder eines Lüfters, bei Beginn der Motordrehung.

Solche Anlaufkupplungen ermöglichen den Anlauf von Einphasen-Synchronmotoren, wie sie häufig bei Haushaltsmaschinen verwendet werden, die nur ein geringes Anlaufmoment besitzen und unter Last nur schwer oder gar nicht anlaufen.

Bei einer bekannten Anlaufkupplung dieser Art (DE 36 08 566 A1) ist an der mit der Last verbundenen Kupplungshälfte ein pendelbarer Klemmkörper exzentrisch zur Achse der Abtriebswelle angelenkt. Der Klemmkörper wirkt in beiden Pendelrichtungen über eine Klemmfläche mit einer Gegenklemmfläche an der Innenwand der hülsenartigen, mit der Abtriebswelle verbundenen anderen Kupplungshälfte zusammen. Bei stillstehendem Motor liegen Klemmfläche und Gegenklemmfläche einander mit Abstand gegenüber, und die Last ist von der Abtriebswelle abgekoppelt. Wird der Motor eingeschaltet, und läuft der Rotor an, so wird der Klemmkörper nach einem Drehwinkel der mit der Abtriebswelle verbundenen Kupplungshälfte durch Anschläge an dieser um seine Pendelachse geschwenkt bis die Klemmfläche mit ihrem Randbereich an der Gegenklemmfläche der drehenden Kupplungshälfte zur Anlage kommt. Die nun einsetzende Klemmwirkung zwischen Klemmfläche und Gegenklemmfläche bewirkt die Verbindung der beiden Kupplungshälften und die Ankopplung der Last an die Abtriebswelle. Der Drehwinkel der mit der Abtriebswelle gekoppelten Kupplungshälfte bis zur Mitnahme der mit der Last verbundenen Kupplungshälfte, der sog. Freiwinkel des Rotors, beträgt etwa 180°. Danach wird die Last mitgerissen und läuft synchron mit der Abtriebswelle des Synchronmotors um.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anlaufkupplung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß der Last je nach Einsatzfall durch Wahl der Hülsen- und Gewindelänge ein verzögerter Anlauf über mehrere Umdrehungen der Abtriebswel le bzw. des Rotors des Synchronmotors hinweg gegeben wird. Dies erlaubt im Gegensatz zu herkömmlichen Anlaufkupplungen, bei welchen die Last bereits innerhalb der ersten Umdrehung der Abtriebswelle mitgerissen wird, den Einsatz der Einphasen-Synchronmotoren zum Antrieb größerer Massen, z.B. Gebläselaufräder. Läuft der Motor an, so wird dessen Anlaufmoment über die Gewindeverbindung auf die Mutter übertragen, das Drehmoment des Gewindezapfens also in eine axiale Verschiebebewegung der Mutter umgesetzt, wobei nur ein kleiner Teil im Gewinde und in der Axialführung durch Reibung verlorengeht. Durch den Vorschub drückt die Mutter das Federelement zunehmend zusammen, wobei die Hülse mit Schlupf zunehmend mitgenommen wird. Ist das Federelement soweit zusammengedrückt, daß sich die Mutter nicht mehr verschieben kann, wird die Hülse und damit die Last, z.B. ein Flügelrad einer Pumpe oder eines Lüfters, schlupflos angetrieben.

Alle Einzelteile der erfindungsgemäßen Anlaufkupplung können kostengünstig aus Kunststoff gespritzt werden, wohingegen die Mitnehmerteile der bekannten Anlaufkupplungen aus Festigkeitsgründen aus Metall, vorzugsweise Messing, gefertigt werden müssen. Die Montage der erfindungsgemäßen Kupplung ist einfach und zeitsparend. Die Funktion ist ohne Schmierstoffe gewährleistet. Die erfindungsgemäße Kupplung arbeitet nahezu geräuschlos und läßt sich auf kleinstem Bauraum, z.B. in der Nabe eines Flügelrades für eine Pumpe oder für einen Lüfter, unterbringen.

Die erfindungsgemäße Kupplung erlaubt den Anlauf nur in eine bestimmte Drehrichtung, die dadurch festgelegt ist, daß das Federelement sich zwischen dem Ringflansch am Gewindezapfen und der Mutter oder zwischen der Ringschulter an der Hülse und der Mutter abstützt. Im ersten Fall liegt die Mutter bei entsprechend ausgelegtem Federelement einseitig an der Hülsen-Ringschulter, im zweiten Fall einseitig an dem Gewindezapfen-Ringflansch an. In beiden Fällen hat damit die Mutter nur eine freie Bewegungsmöglichkeit in eine einzige Richtung und entsprechend kann der Motor sich nur in einem solchen Drehsinn drehen, bei welchem ein Axialvorschub der Mutter in Richtung ihrer freien Beweglichkeit bewirkt wird. Ein Drehen des Motors in die andere Drehrichtung wird durch die angekuppelte Last und deren Lastmoment blockiert.

Soll hingegen der Motor in beide Richtungen anlaufen, so wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein zweites gleiches Federelement mit axialer Kraftrichtung eingesetzt, daß sich an der vom ersten Federelement nicht belegten Stirnseite der Mutter und entsprechend an dem Ringflansch bzw. der Ringschulter abstützt. Die axiale Federkraft beider Federelemente sind gleich groß. Bei stehendem Motor sitzt die Mutter in der Mitte der Gewindelänge auf dem Gewindezapfen und hat nach beiden Richtungen freie Bewegungsmöglichkeit, wobei sie das eine oder andere Federelement soweit zusammendrückt bis ihr Vorschub beendet ist und die mit der Last gekuppelte Hülse in der entsprechenden Drehrichtung schlupflos mitgenommen wird.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Anlaufkupplung möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer in einem Flügelrad einer Laugenpumpe integrierten Anlaufkupplung für einen Einphasen-Synchronmotor,

Fig. 2 abschnittweise eine Draufsicht auf das Flügelrad in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in Fig. 1 zu sehende Flügelrad 10 mit integrierter Anlaufkupplung 15 für einen Einphasen-Synchronmotor, von dem lediglich dessen Abtriebswelle 11 dargestellt ist, ist von einem Gehäuse 12 umgeben. Das Flügelrad 10 besteht aus einer hülsenartigen Nabe 13 mit davon radial wegstrebenden Flügeln 14, die mit der Nabe 13 einstückig sind. Die Anlaufkupplung 15 ist zwischen der Nabe 13 und der Abtriebswelle 11 des Einphasen-Synchronmotors wirksam und dient zum kurzzeitigen Abkoppeln des Flügelrads 10 von der Abtriebswelle 11 bei Beginn der Motordrehung nach Einschalten des Synchronmotors.

Die Anlaufkupplung 15 besteht aus einem drehfest mit der Abtriebswelle 11 verbundenen Gewindezapfen 16 mit Außengewinde 17, einer Mutter 18, die mit ihrem Innengewinde 19 auf dem Außengewinde 17 des Gewindezapfens 16 verschraubbar ist, und aus zwei Federelementen 20, 21, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Mutter 18 abstützen. Der Gewindezapfen 16 trägt eine Sackbohrung 22 mit Axialriffelung, in welche der freie Endabschnitt der Abtriebswelle 11 mit einer gleichen Axialriffelung 23 formschlüssig hineinragt, so daß der Gewindezapfen 16 drehfest mit der Abtriebswelle 11 verbunden ist. An dem die Sackbohrungsmündung 22 aufweisenden Ende trägt der Gewindezapfen 16 einen einstückigen, radial vorspringenden Ringflansch 24, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der lichte Innendurchmesser der Nabe 13. Dieser Ringflansch 24 wird von der auf die Mutter 18 aufgesetzten Nabe 13 mit geringem Spiel übergriffen, so daß das Flügelrad 10 sich relativ zu dem Gewindezapfen 16 drehen kann. Die Nabe 13 weist eine Axialnut 25 auf, in welche ein an der Mutter 18 radial vorstehender Zapfen 26 (vergl. auch Fig. 2) hineingreift. Axialnut 25 und Zapfen 26 bilden eine Gleitführung 27, so daß bei drehfester Verbindung zwischen Mutter 18 und Nabe 13 die Mutter 18 sich axial relativ zur Nabe 13 verschieben kann.

An dem vom Ringflansch 24 abgekehrten Ende trägt die Nabe 13 einstückig eine umlaufende Radialschulter 28, die etwa bis in Höhe des Innengewindes 19 der Mutter 18 zum Nabeninneren hin vorsteht. Durch die von der Radialschulter 28 gebildete Kreisöffnung 29 ist ein Klips 30 hindurchgesteckt, der mit einem Ringsteg 31 außen die Ringschulter 28 übergreift und in eine hier nicht dargestellte Ausnehmung in der Stirnseite des Gewindezapfens 16 eingeklipst ist. Dabei ist der Klips 30 so ausgebildet, daß die Nabe 13 sich relativ zu dem mit dem Gewindezapfen 16 starr verbundenen Klips 30 drehen kann, eine axiale Verschiebung der Nabe 13 zum Gewindezapfen 16 aber zuverlässig unterbunden ist. An der Radialschulter 28 der Nabe 13 stützt sich die Schraubendruckfeder 20 ab, während die Schraubendruckfeder 21 ihr Widerlager an dem Ringflansch 24 findet. Zur Führung der beiden Schraubendruckfedern 20, 21 sind jeweils in der Radialschulter 28 und in dem Ringflansch 24 kreisförmige Nuten 32 bzw. 33 eingebracht, in welchen die Schraubendruckfedern 20, 21 endseitig einliegen.

Außengewinde 17 des Gewindezapfens 16 und Innengewinde 19 der Mutter 18 sind vorzugsweise als Trapezgewinde mit großer Steigung ausgebildet. Anstelle der Schraubendruckfedern 20, 21 können auch ringförmige elastische Kunststoff- oder Gummielemente verwendet werden, die das Anlaufen der Mutter 18 dämpfen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anlaufkupplung ist wie folgt:

Bei stillstehendem Synchronmotor sitzt die Mutter 18 - wie in Fig. 1 dargestellt - etwa in der Mitte der Gewindelänge des Außengewindes 17 auf dem Gewindezapfen 16. Die Schraubendruckfedern 20, 21 sind so bemessen, daß sie mit etwa gleich großer Axialkraft auf die Mutter 18 wirken. Läuft der Synchronmotor an, so wird über die Axialriffelung 23 die Nabe 13 von der Abtriebswelle 11 mitgenommen. Das Anlaufmoment wird über Außengewinde 17 und Innengewinde 19 auf die Mutter 18 übertragen. Die Mutter 18 bewegt sich je nach Drehrichtung in die eine oder andere Axialrichtung und drückt dabei die Schraubendruckfeder 20 oder 21 zusammen, welche zunehmend die Axialkraft, also praktisch das Drehmoment, speichert. Das Flügelrad 10 beginnt sich allmählich und dabei schneller werdend zu drehen und hat die volle Motordrehzahl erreicht, wenn die Schraubendruckfeder 20 bzw. 21 soweit zusammengedrückt ist, daß sich die Mutter 18 nicht mehr in Axialrichtung bewegen kann. Abtriebswelle 11 und Flügelrad 10 laufen mit gleicher Drehzahl schlupflos um. Bis dahin hat der Synchronmotor bereits mehrere Umdrehungen ausgeführt. Die Zahl der Umdrehungen bis zur schlupflosen Ankopplung des Flügelrads 10 kann durch die Länge der Nabe 13 bzw. durch die Gewindelänge des Außengewindes 17 beeinflußt werden.

Sämtliche Teile, wie Gewindezapfen 16, Mutter 18 und Flügelrad 10 mit Nabe 13 und Flügel 14 lassen sich kostengünstig aus Kunststoff spritzen. Die Montage ist einfach und zeitsparend. Die Funktion der Kupplung ist ohne Schmierstoff gewährleistet.

Will man dem Flügelrad 10 nur eine bestimmte Drehrichtung aufzwingen, so kann je nach gewünschter Drehrichtung, die Schraubendruckfeder 20 oder die Schraubendruckfeder 21 entfernt werden. Bei entsprechender Auslegung der verbleibenden Schraubendruckfeder 21 bzw. 20 liegt die Mutter 18 einseitig an der Radialschulter 28 der Nabe 13 bzw. an dem Ringflansch 24 des Gewindezapfens 16 an. Die Mutter 18 hat nur noch eine freigebliebene Bewegungsmöglichkeit für ihren axialen Vorschub bei anlaufendem Synchronmotor. In der anderen Richtung ist das Flügelrad 10 drehfest mit der Mutter 18 verbunden und damit ein Anlauf des Synchronmotors infolge des hohen Massenträgheitsmomentes blockiert.

Claims

1. Anlaufkupplung für einen Einphasen-Synchronmotor zum kurzzeitigen Abkoppeln einer mit dessen Abtriebswelle verbundenen Last, z.B. Flügelrad einer Pumpe oder eines Lüfters, bei Beginn der Motordrehung, gekennzeichnet durch einen drehfest mit der Abtriebswelle (11) verbundenen Gewindezapfen (16) mit Außengewinde (17), eine mit einem Innengewinde (19) auf dem Außengewinde (17) verschraubbare Mutter (18), eine mit der Last (10) drehfest verbundene, relativ zum Gewindezapfen (16) drehbar und axial unverschieblich gehaltene Hülse (13), welche die Mutter (18) mit einer umlaufenden Radialschulter (28) übergreifend koaxial umschließt und mit dieser durch eine axiale Gleitführung (27) drehfest verbunden ist, und durch ein Federelement (20 bzw. 21) mit axial gerichteter Federkraft, das sich entweder zwischen der Radialschulter (28) der Hülse (13) und der dieser zugekehrten Stirnseite der Mutter (18) oder zwischen der von der Radialschulter (28) abgekehrten Stirnseite der Mutter (18) und einem radial am Gewindezapfen (16) vorspringenden Ringflansch (24) abstützt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zweites Federelement (21 bzw. 20) mit axial gerichteter Federkraft, das sich an der vom ersten Federelement (20 bzw. 21) nicht belegten Stirnseite der Mutter (18) und dem bzw. der dieser zugekehrten Ringflansch (24) am Gewindezapfen (16) bzw. Radialschulter (28) an der Hülse (13) abstützt.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Federkraft der beiden Federelemente (20, 21) gleich groß ausgebildet sind.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Gleitführung (27) aus einer Axialnut (25) und aus einem in diese hineinragenden Zapfen (26) besteht und daß die Axialnut (25) in der Hülse (13) angeordnet ist und der Zapfen (26) an der Mutter (18) radial vorsteht oder umgekehrt.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Federelemente als Schraubendruckfeder bzw. -federn (20, 21) ausgebildet ist bzw. sind.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Federelemente aus elastischen Kunststoff- oder Gummischeiben besteht bzw. bestehen.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mutter-Innengewinde (19) und das Zapfen-Außengewinde (17) als Trapezgewinde mit großer Steigung ausgebildet sind.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) eine solche axiale Länge aufweist, daß sie den Ringflansch (24) am Gewindezapfen (16) mit geringem Spiel übergreift.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß zur axial unverschieblichen Halterung der Nabe (13) die Radialschulter (28) der Hülse (13) von einem Ringsteg (31) eines Sicherungselements (30) übergriffen ist, das in der Stirnseite des Gewindezapfens (16) befestigt, z.B. eingeklipst, ist.

10. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindezapfen (16) eine Sackbohrung (22) mit einer Axialriffelung aufweist, in welcher ein mit einer gleichen Axialriffelung (23) versehener Endabschnitt der Abtriebswelle (11) formschlüssig hineinragt.

11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse von der Nabe (13) eines Flügelrads (10) einer Laugenpumpe oder eines Lüfters gebildet ist.