DE69332896T2

DE69332896T2 - Verbindung einer Welle in einer Bohrung

Info

Publication number: DE69332896T2
Application number: DE69332896T
Authority: DE
Inventors: Peter Alan Huddersfield Morelli; Kym Farrand Huddersfield Taylor; David Huddersfield Makin
Original assignee: David Brown Engineering Ltd
Current assignee: Clyde Union DB Ltd
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2013-06-05
Also published as: CN1093442A; MX9305513A; EP0866235A3; DE69332896D1; DE69325864T2; EP0588468A3; EP0866235A2; ATE237756T1; ZA936608B; CN1228513A; EP0588468A2; BR9303714A; JPH0763225A; EP0866235B1; ATE182965T1; CA2101362C; CA2101362A1; US5688070A; CN1048315C; JP3365829B2

Description

Die Erfindung betrifft ein unitäres Teil für eine Antriebsverbindung einer Welle mit einer Bohrung eines Bauelementes.
Sie ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, releveant für die Flanschmontage von Elektromotoren an Getriebeeinheiten, die ab Lager lieferbar sind. Es ist üblich, daß die Käuferderartiger Getriebeeinheiten diese mit Motoren unterschiedlicher Größe ausrüsten, um sie an unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse anzupassen, die dadurch zur Verfügung stehen, daß unterschiedliche Getriebe im gleichen Getriebegehäuse untergebracht sind. Diese Motoren haben häufig unterschiedliche Abmessungen der Antriebswellen. Das Eingangszahnrad einer derartigen Einheit ist mit einer Hülse oder Muffe aus Stahl antreibbar verbunden, welche in Lagern im Getriebegehäuse montiert ist und zur Aufnahme der Antriebswelle des Motors eine Bohrung aufweist mit einer üblichen Keilnut mit Rechteck-Querschnitt. Wenn die Antriebswelle des Motors nominell denselben Durchmesser hat wie die Bohrung, sind sie über einen üblichen Stahlkeil antreibbar miteinander verbunden. Wenn aber, wie dies häufig geschieht, die Antriebswelle des Motors im Durchmesser kleiner ist als die Bohrung, ist eine geschlitzte Nylon-Hülse eingesetzt, um den ringförmigen Raum zwischen ihnen auszufüllen, und sie sind über einen Stahlkeil antreibbar miteinander verbunden, der eine größere Höhe als normal hat und sich durch den Schlitz in der Hülse erstreckt. Infolge der Reibkorrosion, die zwischen gleichen Metallen auftritt, die in Antriebsverbindung miteinander stehen, und der Tendenz des Federkeils, mit einer größeren als normalen Höhe durch das von ihm übertragene Drehmoment zu kippen, und der axialen Fehlausrichtung der Welle und der Muffe infolge der Tatsache, daß die Montageflansche des Motors und der Getriebeeinheit häufig nicht miteinander fluchten, sind Schäden am Federkeil oder an der Lagerung in der Einheit nicht ungewöhnlich.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, dieses Problem zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird eine Baugruppe nach Anspruch 1 geschaffen.
Um eine Welle und eine Bohrung antreibbar miteinander zu verbinden, die den gleichen nominellen Durchmesser aufweisen, sind die Mittel dazu vorzugsweise ein integraler Federkeil mit dem gleichen Rechteck-Querschnitt wie die Keilnut in der Welle.
Der Federkeil mit gekrümmtem Querschnitt ist umfänglich breiter als der Federkeil mit Rechteck-Querschnitt.
Die Oberflächen des Keils mit gekrümmtem Querschnitt, welche angepaßt sind, auf der Peripherie der Welle aufzuliegen, haben vorzugsweise eine konkave Form, die mit der konvexen Form der genannten Peripherie korrespondiert.
Die Oberflächen des Keils mit gekrümmtem Querschnitt, welche angepaßt sind, auf der Peripherie der Welle aufzuliegen, sind vorzugsweise ebenfalls an ihrer Verbindung mit dem Federkeil mit rechteckigem Querschnitt hinterschnitten.
Das unitäre Teil ist bevorzugt aus biegsamem, verstärktem Kunststoff gebildet.
Vorzugsweise ist der Werkstoff glasgefülltes Nylon.
Wenn das unitäre Teil aus einem biegsamen, verstärkten Kunststoff wie glasgefülltes Nylon geformt ist, kann es ein extrudiertes Profil aufweisen.
Das unitäre Teil kann alternativ aus einem gesinterten Nichteisenmetall gebildet sein.
In diesem Fall ist das Metall vorzugsweise Phosphorbronze.
Die Erfindung wird nun nur beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei denen:
1 eine geschnittene Seitenansiclt eines Getriebes und eines Teils eines an seiner linken Seite angeflanschten Elektromotors ist;
2 eine geschnittene Seitenansicht eines ähnlichen Getriebes und von Teilen von zwei verschiedenen Elektromotoren ist, die auf der linken Seite oberhalb beziehungsweise unterhalb der Eingangs-Mittelachse angeflanscht sind;
3 eine Stirnansicht einer Eingangsmuffe in größerem Maßstab ist, die einen Bestandteil des in 2 gezeigten Getriebes bildet;
4 ein Querschnitt in einem größeren Maßstab einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen unitären Teils für eine antreibende Verbindung der Antriebswelle des Motors mit einer Eingangsmuffe ist, die einen Bestandteil des in 1 gezeigten Getriebes bildet;
5 eine Stirnansicht in einem größeren Maßstab einer anderen, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines unitären Teils zum antreibenden Verbinden der Antriebswelle des gezeigten Motors unter der Eingangs-Mittelachse mit der Eingangsmuffe der in 2 gezeigten Getriebeeinheit ist; und
6a bis 6h schematisch drei unterschiedliche Größenbereiche zeigen, die beide Formen von unitären Teilen umfassen.
Nehmen wir nun Bezug auf die Zeichnungen, so ist ein unitäres Hauptgehäuse 10 des in 1 gezeigten Doppel-Untersetzungsgetriebes im wesentlichen dasselbe wie ein unitäres Hauptgehäuse 110 des in 2 gezeigten Doppel-Untersetzungsgetriebes, wobei der einzige Unterschied ist, daß das Hauptgehäuse 10 so ausgelegt ist, daß es auf Füßen 12 steht, wohingegen das Hauptgehäuse 110 so ausgelegt ist, daß es mit Hilfe eines Flansches 112 montiert wird. Das Hauptgehäuse 10 hat eine innenliegende Aussteifung 14 und eine mit Hilfe von (nicht gezeigten) Madenschrauben befestigte Endplatte 16 mit einem Lagergehäuse 18 und einem Motor-Montageflansch 20. Mit einer Stahlmuffe 22, die in Lagern 24 in dem Gehäuse 18 montiert ist, ist ein Eingangsritzel 26 mit Hilfe geeigneter Mittel wie beispielsweise durch Einpressen, Kleben, einen Federkeil, Splinte oder Verzahnung, antreibbar verbunden. Das Eingangsritzel 26 kämmt mit einem Zahnrad 28, das starr an einer Zwischenwelle 30 befestigt ist, die in Lagern 32 im Hauptgehäuse 10 montiert ist, und ein Ritzel 34, das untrennbar mit der Zwischenwelle 30 verbunden ist, kämmt mit einem Ausgangs-Zahnrad 36, das starr an einer Ausgangswelle 38 befestigt ist, die in Lagern 40 im Hauptgehäuse 10 so gehalten ist, daß sie koaxial zur Muffe 22 und zum Ritzel 26 ist.
Die in 2 gezeigte Getriebeeinheit hat Teile, die jenen der in 1 gezeigten Getriebeeinheit entsprechen, und diese werden durch dieselben Bezugszahlen mit vorgestellter 1 gekennzeichnet. So wird beispielsweise die Ausgangswelle in 2 mit 138 beziffert. Der Mittenabstand zwischen der Zwischenwelle 34 und der Ausgangswelle 38 ist derselbe wie der zwischen den Wellen 134 und 138, doch haben die Ritzel 26 und 34 einen kleineren Teilkreisdurchmesser als die Ritzel 126 und 134 , während die Zahnräder 28 und 36 einen größeren Teilkreisdurchmesser als die Zahnräder 128 und 136 haben, so daß die Drehzahluntersetzung der in 1 gezeigten Getriebeeinheit beträchtlich größer ist als die der in 2 gezeigten Getriebeeinheit.
Infolgedessen erfordert die in 1 gezeigte Getriebeeinheit einen verhältnismäßig kleinen Elektromotor 42 mit einer schwachen Antriebswelle 44, welche bei der dargestellten Ausführungsform denselben nominellen Durchmesser hat wie die Bohrung 46 in dem vom Ritzel 26 abgewandten Ende der Muffe oder Hülse 22. Die Antriebswelle 44 hat eine übliche Keilnut 48 mit rechteckigem Querschnitt und ist mit der Bohrung 46 über ein unitäres Teil 50 (siehe 4) antreibbar verbunden, das durch Abschneiden eines geeigneten Längenabschnitts von einem extrudierten Profil aus biegsamem, verstärktem Kunststoff hergestellt ist. Der Kunststoff besteht aus zu 30 bis 40 Prozent mit Glas gefülltem Nylon. Das Teil 50 weist einen integralen Federkeil 52 auf mit demselben Rechteck-Querschnitt wie die Keilnut 48, um darin antreibbar eingreifen zu können, wobei dieser Federkeil abgefaste Kanten 54 hat und einen integralen Federkeil 56 mit gekrümmtem Querschnitt zum Eingriff in eine Keilnut (die nicht speziell gezeigt wird, aber der Keilnut 176 in 3 ähnlich ist, auf die nachstehend Bezug genommen wird) von entsprechend gekrümmtem Querschnitt, die in der Bohrung 46 gebildet ist. Der Federkeil 56 ist über dem Umfang breiter als der Federkeil 52, und die Flächen 58 des Federkeils 56, welche dazu ausgelegt sind, sich auf der Peripherie der Antriebswelle 44 aufzulegen, haben eine konkave Form, die der entsprechenden konvexen Form dieser Peripherie entspricht, um auf diese Weise dem Teil 50 eine maximale Unterstützung gegen ein Kippen infolge des übertragenen Drehmomentes zu geben. Hinterschneidungen 60 sind dort vorgesehen, wo die Flächen 58 sich mit dem Federkeil 52 vereinigen, um sicherzustellen, daß diese Flächen einen unbehinderten Kontakt mit der Peripherie der Antriebswelle 44 haben. Das flexible Kunststoffteil 50 beugt einer Reibkorrosion am Übergang zwischen Motor/Getriebeeinheit vor und nimmt Fluchtungsfehler auf, die dadurch entstehen, daß die Montageflansche 20 an der Getriebeeinheit und am Elektromotor 42 nicht miteinander fluchten.
Die in 2 gezeigte Getriebeeinheit kann durch mehrere verschieden große Elektromotoren angetrieben werden. Zwei solche, teilweise dargestellte Motoren 142 und 143 haben unterschiedliche Abmessungen einschließlich unterschiedliche Größen der Antriebswellen 144 und 145, von denen jede einen unterschiedlich kleineren Durchmesser hat als eine Bohrung 146 in dem von dem Ritzel 126 abgewandten Ende der Muffe 122. Die Wellen 144 und 145 haben übliche Keilnuten 148 und 149 unterschiedlicher Größe. Die unterschiedlichen Abmessungen der Motoren 142 und 143 machen es erforderlich, daß die Endplatte 116 alternative Montageflansche 120 oder 121 hat. Die Antriebswellen 144 und 145 werden alternativ antreibbar mit der Bohrung 146 mit Hilfe entsprechender unitärer Teile 162 und 163 verbunden, welche mit Ausnahme der Dimensionen gleich sind. Als Beispiel wird nun das in 5 gezeigte Teil 162 genauer beschrieben.
Das Teil wird aus gegossenem biegsamem verstärktem Kunststoff gebildet, das aus zu 30 bis 40 Prozent mit Glas gefülltem Nylon besteht. Das Teil 162 umfaßt eine Muffe 164, die so ausgelegt ist, daß sie zwischen die Welle 144 und die Bohrung 146 paßt, wobei diese Muffe an einem Ende einen nach innen vorstehenden Flansch 166 hat, der angepaßt ist, zwischen einem geschlossenen Ende der Bohrung 146 und dem angrenzenden Ende der Welle 144 einzugreifen. Die Muffe 164 hat eine Vielzahl von kleinen in Längsrichtung verlaufenden und in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Rippen 168, die auf ihrem Außenumfang ausgebildet sind, um Fertigungstoleranzen aufzunehmen. Eine Keilnut 170, die denselben Rechteck-Querschnitt hat wie die Keilnut 148, ist in dem Innenumfang der Muffe 164 ausgebildet. Sowohl dieser Innenumfang als auch die Keilnut 170 haben an dem Ende, das von dem Flansch 166 entfernt ist, eine Abfasung 172. Die Muffe 164 hat auch einen integralen Federkeil 174 mit einem gekrümmten Querschnitt am Außenumfang, der so ausgelegt ist, daß er in eine in der Bohrung 146 ausgebildete Keilnut 176 (siehe 3) mit entsprechend gekrümmtem Querschnitt eingreift. Die Keilnuten 148 und 170 sind so ausgelegt, daß sie durch einen in gestrichelten Linien gezeigten üblichen, separaten Stahlkeil 171 mit Rechteck-Querschnit miteinander antreibbar verbunden werden können. Die Mittellinien des Federkeils 174 und der Keilnut 170 liegen auf demselben Radius der Muffe 164, und der Federkeil 174 ist über dem Umfang breiter als die Keilnut 170, um trotz ihrer Nähe zueinander eine angemessene Festigkeit aufrechtzuerhalten. Das Teil 162 aus biegsamem Kunststoff funktioniert im Prinzip genauso wie das vorher beschriebene, davon verschiedene Teil 50 und beugt in gleicher Weise einer Reibkorrosion am Übergang Motor/Getriebeeinheit vor und nimmt irgendwelche Fluchtungsfehler auf, infolge der Ausrichtungsfehler zwischen dem Montageflansch 120 an der Getriebeeinheit und desjenigen am Elektromotor 142.
Bei einer Abwandlung ist die Muffe 164 in Längsrichtung geschlitzt, wie. bei 165 in unterbrochenen Linien gezeigt, und zwar an einer Stelle, die dem Radius, auf dein die Mittellinien des Keils 174 und der Keilnut 170 liegen, diametral gegenüberliegt, um die Flexibilität des Teils 162 zu erhöhen. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Flansch 166 weggelassen, und das Teil 162 kann dann dadurch hergestellt werden daß man eine entsprechende Länge von einem extrudierten Profil aus biegsamem verstärktem Kunststoff abschneidet.
Bei einer Modifikation der beiden in 4 gezeigten Ausführungen können die Teile 50 und 162 aus einem gesinterten Nichteisenmetall hergestellt werden, das aus Phosphorbronze besteht.
Dies vermeidet in gleicher Weise das Problem der Reibkorrosion am Übergang Motor/Getriebeeinheit, verschafft aber nur schätzungsweise 10 Prozent der Flexibilität der Einzelteile aus verstärktem Kunststoff und ist teurer.
Unterschiedlich große Getriebeeinheiten mit unterschiedlich großen Stahlmuffen, wie beispielsweise 22 und 122, die antreibbar mit ihren Eingangsritzeln verbunden sind, erfordern entsprechende Größenbereiche der Teile wie 50 und 162. Ein solcher Bereich ist in den 6a und 6b gezeigt, wobei in der ersten davon eine Stahlmuffe mit kleiner Bohrungsgröße antreibbar mit einer Motorwelle, die nominell denselben Durchmesser hat wie die Bohrung, mit Hilfe eines muffenlosen Teils, wie beispielsweise 50, verbunden ist, und bei der zweiten Figur eine Stahlmuffe mit einer gleich großen Bohrung antreibbar mit einer Motorwelle kleineren Durchmessers als dem dieser Bohrung mit Hilfe eines Teils in Muffenausführung, wie beispielsweise 162, und eines üblichen Stahlkeils, wie beispielsweise 171, verbunden ist. Ein zweiter, dazwischen liegender Größenbereich wird in 6c bis 6e gezeigt. Die Zeichnungen, auf die in diesem Absatz Bezug genommen wird, sind angesichts der vorangegangenen Beschreibung selbsterklärend und sind lediglich aufgenommen, um die möglichen Größenbereiche zu demonstrieren.
Diese Erfindung ist allgemein auf die Antriebsverbindung einer Welle mit einer Bohrung eines Bauelementes bei jeder Art von Mechanismen anwendbar.
Die Aufmerksamkeit des Lesers wird auf alle Unterlagen und Dokumente gelenkt, die gleichzeitig oder vor dieser Beschreibung im Zusammenhang mit der Anmeldung derselben eingereicht worden sind und die zur öffentlichen Einsicht zusammen mit dieser Beschreibung zur Verfügung stehen.

Claims

Eine Baugruppe zur antreibbaren Verbindung zweier Bauteile, wobei die zwei Bauteile umfassen: ein Bauteil (22) mit einer Bohrung (46); und eine Welle (44), die so gestaltet ist, daß sie in der Bohrung (46) des Bauteils (22) keinen Preß- oder Festsitz hat, wobei die Welle (44) eine in sie eingearbeitete übliche Nut (48) mit rechteckigem Querschnitt aufweist: wobei die Baugruppe dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ferner umfaßt: ein unitäres Teil (50) zum Übertragen von Antriebskräften zwischen der Welle (44) und dem Bauteil (22), wobei das unitäre Teil (50) an einer inneren Fläche einen Treibabschnitt (52) aufweist, wobei der Treibabschnitt (52) eingerichtet ist, um Antriebskräfte von der Nut (48) in der Welle (44) auf das unitäre Teil (50) zu übertragen, wobei das unitäre Teil (50) ferner einen integralen Keil (56) enthält, der umfänglich breiter ist als der Treibabschnitt (52) und im Querschnitt eine gekrümmte Außenfläche aufweist, wobei die gekrümmte Außenfläche in eine entsprechend gekrümmte Nut eingreift, die in einer Innenfläche der Bohrung (46) des Bauteils (22) eingeformt ist und mit der inneren Fläche des unitären Teils (50) zusammentrifft, um Kanten zu bilden, die sich in Längsrichtung des unitären Teils (50) erstrecken.
Eine Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die gekrümmte Außenfläche des integralen Keils (56) und die innere Fläche des integralen Keils (56) spitzwinklig aufeinandertreffen, wobei sie eine spitzwinklige Kante bilden, die sich in Längsrichtung entlang dem unitären Teil (50) erstreckt.
Eine Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, bei der die innere Fläche des unitären Teils (50) bogenförmig ist.
Eine Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Treibabschnitt (52) einen integralen, rechteckigen Keil umfaßt, der mit der Nut (48) der Welle korrespondiert.
Eine Baugruppe nach Anspruch 4, bei der die innere Fläche des unitären Teils (50) an der Stoßstelle der inneren Fläche und des integralen, rechteckigen Keils (52) unterschnitten ist.
Eine Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das unitäre Teil (50) aus einem flexiblen, verstärkten Kunststoff gebildet ist.
Eine Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das unitäre Teil (50) aus glas-gefülltem Nylon gebildet ist.
Eine Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das unitäre Teil (50) gesintertem Nichteisenmetall gebildet ist.
Eine Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das unitäre Teil (50) aus Phosphorbronze gebildet ist.
Eine Baugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei der die Innenseite des unitären Teils (50) bogenförmig geformt ist, um mit einem bogenförmigen äußeren Umfang der Welle (44) zu korrespondieren, und bei der die Welle (44) im Querschnitt kreisförmig ist, mit Ausnahme der Nut (48) der Welle.