JP2019049349A - シャフト及びハブ及を有するシステム及びシャフト・ハブ接続生成方法 - Google Patents

シャフト及びハブ及を有するシステム及びシャフト・ハブ接続生成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】同軸度を伴うシャフト・ハブ接続をわずかな生成費用で創出する。【解決手段】シャフト10及びハブ12を伴う真空ポンプを有するシステムに関し、少なくとも1つの第一外周部において、シャフト及びハブが、相応する複数のセンタリング面を有し、これらセンタリング面が共に第一センタリング手段を形作り、第一外周部と異なる少なくとも1つの第二外周部において、少なくとも1つの連行体20がハブに、且つ、連行体に相応する少なくとも1つの凹部18がシャフトに設けられていて、連行体がトルク伝導のための凹部に係合し、及び連行体が周方向において相互に分離された2つの側壁を有し、これら側壁が相応する凹部の内壁と協働して、且つこれら内壁と共に周方向において、第一センタリング手段から分離された第二センタリング手段を形作る。【選択図】図2

Description

本発明は、シャフト及びハブ、特に電気モータ又は電気モータを伴う真空ポンプを有するシステムに関する。本発明は、シャフト・ハブ接続の生成の為の方法にも関し、特に電気モータ、有利には真空ポンプの電気モータの為の方法に関する。
多くのシャフト・ハブ接続が公知であり、これらシャフト・ハブ接続は、トルクを形状結合的、又は力結合的にシャフトからハブへ伝導でき、又はその反対に、ハブからシャフトへ伝導できる。
力結合的結合は、例えば張力要素といった外的要素の使用等によって、又は締り嵌めによって実現される。外的要素は、例えば繰り返し、取り外し可能であるが、一方で構造を高額化し、及び他方で、ハブ及びシャフトの同軸度を悪化する。何故なら、外的要素自体が製造公差によって制約されているからである。締り嵌めは、例えば短手方向の締り嵌め又は長手方向の締り嵌めで継ぎ合わされ得る。円柱状の、又は円錐形の短手方向の締り嵌めを介して実現される結合の同軸度は、比較的に正確ではあるものの、しかしながら、取り付け作業及び取り外し作業の為には、オイル圧力構築の為に、特別なオイル圧縮機などが必要とされる。その上、ハブは、基本的に中実材料から製作されなくてはならず、且つシャフト又はハブは特別なオイル供給口及び結合される平面の間におけるオイル分配用の導管を必要とする。円柱状又は円錐形長手方向の締り嵌めを介して実現される結合の同軸度は、同じく比較的正確であるが、大抵の場合、取り外された結合のハブ及びシャフトは繰り返し使用されない。
形状結合的結合は、この結合が例えば繰り返し取り外し可能であるべき限りにおいて、スプライン軸受結合、マシンキー結合、又は多角形成形結合等として実行され得る。これら全ての結合種類において、ハブの同軸度の誤差は比較的大きい。スプライン軸受結合の場合、又は多角形成形結合の場合、シャフト及びハブは、程度に違いこそあるものの、複雑で及びコスト高な加工に託される。
良好な同軸度を伴うシャフト・ハブ接続を、特に、僅かな生成費用、取り付け作業費用及び/又はメンテナンス費用において創出することが本発明の課題である。
この課題は、請求項1に記載のシステムによって解決され、及び特に、シャフト及びハブは、少なくとも1つの第一外周部において、相応するセンタリング面を有し、これらセンタリング面は、共に第一センタリング手段を形作っていて、第一外周部と異なる少なくとも1つの第二外周部において、ハブに設けられた少なくとも1つの連行体、及び連行体に相応する少なくとも1つの凹部がシャフトに設けられ、又はその逆に、ハブに設けられた少なくとも1つの凹部、及び凹部に相応する少なくとも1つの連行体がシャフトに設けられ、且つ、連行体はトルク伝導の為の凹部に係合し、且つ、連行体は、周方向において相互に分離された2つの側壁を有し、これら側壁は、相応する凹部の内壁と協働して、及びこの内壁と共に、周方向において第一センタリング手段から分離された第二センタリング手段を形作っていることで、解決される。
本発明に係るシステムは、シャフト及びハブの間に良好な同軸度を有して、且つ特に取り付け作業に際して、外的要素無く完遂する。センタリング手段は、センタリング手段の嵌め合わせに関連して、容易に寸法付けられ、その結果、所望の結合度合が容易に生成可能である。特に、結合は、緩やかな継合力及び/又は解除力に際して、基本的に隙間なく実施される。シャフト及びハブは、その上、比較的容易に生成される。
本発明に係るシャフト及びハブ間の結合も、基本的に、シャフトの形状に依ることなく、つまり著しく多様なシャフト直径のために実現される。特に2つのセンタリング手段の設置は、連行体及び凹部が比較的平坦に作製されていることが可能で及び、そのことで凹部がシャフトに設置されている場合に、比較的大きな効果的シャフト直径を維持することを可能にする。これは、比較的細いシャフトにおいても、又は中空シャフトにおいて、本発明が良好な同軸度を保証し得ることを意味している。
ある実施形態において、センタリング手段は其々、ハブがシャフトから少なくとも基本的に非破壊に分解可能であるように、形成されている。これがシステムの整備を容易にし、及び、そのことで、システムの耐用寿命を向上させる。
更なる実施形態では、協働する平面は、第二センタリング手段において、第一センタリング手段における平面より、小さい。これが其々の嵌め合わせの合目的的な寸法決定を向上させ、及び継合力が、有利に設定され得る。
第二センタリング手段において、有利には、特に若干の又は至極若干の過量が想定され得る。連行体の側壁は、特に切削加工に関して、非加工のままであり得る。
第一センタリング手段は、例えば隙間嵌め、滑り嵌め、又は締り嵌めを有し得る。特に隙間嵌め、及び滑り嵌めは、シャフト及びハブの嵌合の際、第一センタリング手段の相応する平面が、ただ二義的に、可塑的に変形され、且つ少ない摩擦力を生むことを実現し得る。
第二センタリング手段のために、特に、若干の又は至極若干の締り嵌めが施され得る。これによって、結合は、基本的に隙間なく実施される。特に、第二センタリング手段の小さな相応する平面に結合して、締り嵌めによって、継合力は、ただ限定的に上昇して、その結果、特に第一及び第二センタリング手段の其々に相応する平面は、取り外し作業及び再度の取り付け作業が妨げられるようには、壊されない。
この中で使用される概念「隙間嵌め、滑り嵌め及び締り嵌め」は、一般的に該当分野で通用する意味内容に関連し、DIN ISO 286に等に従っている。隙間嵌めには、例えば「部材が手によって更に摺動可能」が該当し得て、及び滑り嵌めには、例えば「部材が軽度のハンマ打ち又は手によって継合可能」が該当し得る。この定義は、しかしながら、個々のセンタリング手段の嵌め合わせにのみ関係している。例えば、つまり、第一センタリング手段の為に隙間嵌め、及び第二センタリング手段の為に締り嵌めが想定され得て、その結果、結論としてシャフト及びハブは、手によってのみ摺動可能なのではない。
ある発展形態において、少なくとも1周縁部において、連行体の1側壁及び相応する第一センタリング手段のセンタリング面の間に、1つ凹部が形成されている。これによって、相応するセンタリング面は、より容易に製作される。
「相応する」という概念は、この際、連行体がハブに設置されているときは、ハブにおけるセンタリング面に関係していて、且つ、連行体がシャフトに設置されているときは、シャフトにおけるセンタリング面に関係する。凹部は、特にセンタリング面に対して、引っ込んで形成されている、つまり、連行体がハブに取設されているときは、径方向外方に、又は連行体がハブに形成されているときは、径方向内方に形成されている。
更なる実施形態では、周方向において、交互に入れ替わる複数の第一センタリング手段及び複数の第二センタリング手段が設置され、特に第一センタリング手段の数nが第二センタリング手段の数nに等しく、及び望ましくはn=2、3又は4が当てはまる。連行体は、例えばn=2又はn=4の場合、相互に正反対位置で向き合い、角度間隔120°においてn=3の場合に設置され得る。
特に、周方向において、連行体及び相応する一組の凹部に、一組のセンタリング面が続き得て、且つ逆に、一組のセンタリング面に、連行体及び相応する一組の凹部の組が続き得る。
センタリング面は其々、周方向において、例えば円弧を越えて、特におよそ四分円を越えて延在し得る。
更なる発展形態において、連行体は、連行体ヘッドを有し、この連行体ヘッドは脇に斜角が付され、又はR付けされている。これによって、凹部における連行体角の引っ掛かかり、又は停滞が回避され得る。
特に、連行体は、相応する凹部底部から分離されていることがあり得る。こうして、シャフト及びハブの継合時、又は分解時における拘止の確率が低減され得る。
更なる実施形態において、連行体は、ハブ又はシャフトと一体的に成形されている。これが、製作技術上、特段に容易な解決策を示し、且つ連行体の良好な安定性、及びそれによって確実なトルクの伝導を実現する。
ハブは、複数の薄板を有していて、これら薄板は重ねられ、同一形を成し、有利には、薄板が連行体と共に其々、穿孔器によって生成され、且つ特に連行体の側壁が穿孔後に非加工である場合において、ハブは特に容易に形成される。
本発明に係る結合の図解例は、遊びのない合致を、即ちハブの著しく良好な同軸度を、結合の反復的分解可能性に調和させている。その際、ハブは、例えば中実材料から成っている必要がない。その代わりに、電気モータの回転子として形成されたハブ等は、複数の個々の薄板から構設されていることがあり得る。結合は、例えば2つのセンタリング面を有し得て、これらセンタリング面は特に四分円を越えて延在し、ハブの同軸度を保証し、且つ、例えば2つの連行体を有し得て、これら連行体は形状結合的にモーメントをハブからシャフトに、又は逆に、シャフトからハブに伝導する。その上、連行体は、ハブの追加的なセンタリングに役立ち、このセンタリングはシャフトに相対的である。ハブが個々の薄板から生成されている場合において、例えば内側横断面は予穿孔され得て、及び続いてセンタリング面及び連行体ヘッドは、切削されつつ、例えばフライス方法によって、1つの工程中に加工され得る。
連行体に相応する凹部は、例えば側フライスによって生成され得て、例えば凹部端部における、張力蓄積が回避され得る。連行体の高さ及び凹部の深さは、特に安全性に関する要求度、及び素材技術的側面を考慮しながら、存在するトルクが伝導されるように、選択される。その際、効果的なシャフト直径を可能な限り大きく保持するために、可能な限り小さな凹部深さが有利であり得る。
連行体の1つのヘッドは、例えば斜角を付して又は斜めに形成されていることがあり得る。このことは、其々の内壁及び凹部底部間移行部において、連行体ヘッド角の停滞回避を目的としている。移行部は、製造方法に起因して、丸味を有し得る。
第一センタリング手段の嵌め合わせ及び/又は、連行体のヘッド及び相応する凹部の底部における嵌め合わせは、DIN EN ISO 286に従って(又はDIN 7157に従って)、例えばH7/h6又はH6/h5として、つまり隙間嵌めとして、又はH7/j6又はH7/k6として、つまり滑り嵌めとして、作製されていることがあり得る。嵌め合わせは、要求される同軸度及び/又は取り付け易さに依拠して選択され得る。連行体側壁、特に非加工の連行体側壁及び相応する凹部内壁間の嵌め合わせは、特に至極軽度の締り嵌めとして、形成されていることがあり得る。これは、結合中に理論的に存在する隙間の排除に繋がり得る。これによって、取り付け作業の労力、及び取り外し作業の労力が増加せしめられるものの、少量にとどまる。何故なら、可塑的に変形されるべき平面が特に比較的小さいからである。
本発明の課題も、本発明に係る方法、によって解決され、この方法は次の段階を有している。センタリング面は、シャフト及びハブに、其々に少なくとも1つの第一外周部において、センタリング面が接続された状態で協働し、及び第一センタリング手段を形作るように、形成される。シャフト及びハブに其々、第一外周部と異なる少なくとも1つの第二外周部において、連行体又は当該連行体に相応する凹部は、連行体が接続された状態で、トルク伝導の為に、凹部に咬合するように、形成される。連行体に、周方向においてされた2つの側壁、及び凹部中で側壁に相応する内壁は、側壁及び内壁が共に第二センタリング手段を形作るように、形成される。
ある実施形態において、少なくともハブに、第一センタリング手段のセンタリング面が、切削加工によって生成される。
他の実施形態において、ハブは、複数の同一形状の薄板の層によって、特に電気モータの為の回転子として構設される。
更に他の実施形態において、薄板は連行体と共に其々、穿孔器によって生成され、特に連行体の側壁及び/又は連行体ヘッドは穿孔後、非加工のままである。こうしてハブは、とりわけ容易に生成される。
本発明に係るシステムは、本発明に係る方法の実施形態の意味においても開発され得、及び逆に、本発明に係る方法は、本発明に係るシステムの意味、及び実施形態の意味においても開発され得る。
本発明は、下記において、端的に例として概略図を用いて解説される。
本発明に係るシャフト及びハブを有するシステムの透視画法分解図である。 本発明に係るシステムの更なる実施形態を分解図で示している。 構設状態における図2のシステムを示している。 本発明に係るシステムの更なる実施形態を、前額面に向けられた側面図で示してる。 連行体及び図4のシステムの相応する凹部を拡大して示している。 図4のシステムの更なる、拡大された部分を示している。 図7は、図4のシステムのハブを、前額面に向けられた側面図で示している。 図8は、図4のシステムのハブを、前額面に向けられた側面図で示している。 図9は、図4〜8のハブの縦断面を示している。
図1においてシャフト10、ハブ12及び保持リング14を示している。シャフト10は、シャフト10及びハブ12間の結合生成の為に、軸方向において、ハブ12に挿入され得る。続いて、ハブ12内で軸方向にシャフト10を担持する為の保持リング14が、シャフト10のキー溝16に挿嵌される。
シャフト10は、相対しつつ軸方向に延在する2つの凹部18を有し、この凹部は、同じく軸方向に延在する2つの連行体20と咬合するために形成されていて、この連行体はハブ12に設置されている。
シャフト10は、縦長穿孔22を有し、つまり、中空シャフトとして作製されている。
図2及び図3は、中実シャフト10を有する実施形態を示している。
図4中において、構設状態におけるシャフト10及びハブ12を有するシステムが示されている。シャフト10は、基本的に円柱状の周面24を有し、その中において相対する複数面に2つの凹部18が形成されている。凹部18は、横断面において、基本的に矩形のキー溝として形成されていて、このキー溝はシャフト10に沿って、図4において像平面に対して垂直に延在している。図1とは対照的に、図4のシャフト10は、同じく中実シャフトとして作製されている。
ハブ12は、2つの連行体20を有し、これら連行体は、シャフト10の凹部18と咬合している。周方向において其々、連行体20に代わって、ハブ12は、2つのセンタリング面26を有し、このセンタリング面は、周面24と協働しながら、図示されているシャフト・ハブ‐システムの第一センタリング手段を形作る。この周面は、少なくともセンタリング面26の領域で同じく、センタリング面として機能する。センタリング面26は、この実施形態において、シャフト周囲のおよそ四分の一を越えて、つまり四分円を、およそ上回って、延在する。周方向において、センタリング面26は、連行体20から凹部28によって分離されている。
図5は、図4の一部分を拡大図で示している。ここで、より明らかに見て取れるように、其々の連行体20は2つの側壁30を有し、この側壁は周方向において、相応する凹部18の各内壁32と、トルク伝導の為に咬合している。各連行体20の径方向内方に向けられたヘッド34は、脇に斜角が付され、又は面取りされていて、つまり、2つの斜面36を有する。このことで、凹部18における連行体20の角の停滞又は角の引っ掛かりを、回避する。斜角が付され、又は面取りされている領域又は斜面36の間に、連行体ヘッド34が凹部18の底部38に対する隙間、つまり隙間嵌めを有する。連行体20の側壁30及び凹部18の内壁32の間で、それに対して、軽度の締り嵌めが設けられる。ただし、図3において、より明瞭な表示を目的として、各側壁30及び相応する内壁32間の隙間が示されている。センタリング面26は、周面24と共に、特に隙間嵌め又は滑り嵌めを形作る。連行体20の側壁及び凹部18の内壁間の締り嵌めが、他の場合に存在し得る結合における隙間を排除し、つまり基本的に隙間のない結合を実現する。
図5から、連行体20及び凹部18によって形作られた第二センタリング手段が、締り嵌めを有し、この第二センタリング手段に、単独で、相対的に小さくて、相応する平面が互いに当接し、及び第二センタリング手段を形作っていることが、特に見て取れるこれに対して、第一センタリング手段に、つまりセンタリング面26及び周面24の間で、相対的に大きな複数平面が、センタリングしつつ、互いに当接している。シャフト・ハブ接続の継合時に、第一センタリング手段は、継合作業に、相対的に小さな力を対置する。何故なら隙間嵌め又は滑り嵌めが設けられているからである。第二センタリング手段は、継合作業に、つまり締り嵌めに基づき、相対的にやや大きな反力を対置する。何故なら、特に連行体20の側壁30又は凹部18の内壁32の可塑的変形が実現されなくてならないからである。しかし、この反力は、限定的である。何故ならここで互いに当接する複数平面は、相対的に小さいからである。総じて必要な継合力は、つまり比較的僅かであり、及びシャフト10及びハブ12は、基本的にセンタリング手段を形作る平面を壊すことなく、場合によっては工具を用いて、継合され、且つ分解される。これによって、繰り返し継合可能で、且つ分解可能なシャフト・ハブ接続が生み出され、このシャフト・ハブ接続は尚且つ、特に基本的に隙間なく、及び/又はシャフト10及びハブ12の間に高い同軸度を有している。
図4の更なる拡大された部分IIが、図6に示されている。この図は、周面26がシャフト10の周面24に当接すること、並びに凹部28及び周面24間のスリットを明示している。
図4のハブ12の為の模範的生成方法が図7及び図8において明示されている。その際、図8は、図7の部分IIIの拡大図を示している。ハブ12は、ここで、重ねられた個々の薄板の積層体として形成され、この個々の薄板は、その都度、図7に示された形を有し、及び図7のハブ12の回動軸に沿って、像平面に対して垂直に整合して重置されている。言い換えれば、図7において、即ちハブ12の多くの個々の薄板の1つだけが顕著である。
図8中に、その上、不図示のエンドミルの加工輪郭が破線で示され、このエンドミルは、加工時に、同じくハブ12の回動軸に平行して、延在する。其々における個々の薄板は、原型において穿孔され、その原型は、基本的に図7に示された形状に相応する。但し、その際、センタリング面26に、ある一定の余剰寸法が残される。個々の薄板の重置後、センタリング面26は、その際、破線で素描された加工輪郭に沿って動くエンドミルを介して、其々に所望の嵌め合わせに依存して加工される。連行体ヘッド34及び連行体ヘッド34に其々に設置された斜面36又は斜角は、当該生成方法のこの実施形態において、個々の薄板を穿孔する際に既に形成される。但し、代替的、又は追加的に、ここでも切削加工が施され得る。凹部28及び連行体20の各側壁30は、この実施形態において、同じく、切削加工されず、すでに穿孔作業の際に形成される。ここでも、但し、切削加工が施され得る。
図9中において、ハブ12は縦断面で示されていて、この縦断面は図7中に素描された断面A―Aに沿って展開している。この実施形態において、連行体20、凹部28及びセンタリング面26が軸方向に延在する様子が、ここから見て取れる。図9中、ハブ12は、単純化され、中実材料に相応して、ハッチングが付されているが、上述のように、個々の薄板の積層体として作製されている。但し、代替的には、中実材料も考慮され得る。その際、例えば、ハブ12の全輪郭は、切削生成されていることもあり得る。
ハブ12の為のシャフト10は、例えば、その原型において回転部材として生成されていることもあり得る。凹部18は、例えば側フライスによって及び/又は丸鋸によってシャフト10内に欠設され得る。これによって、製造過程後、切子が凹部18中に残らないことなどが確保され得る。これら切子は、シャフト10をハブ12に対して拘止し得、及び継合又は非破壊の分解を阻止する可能性を有する。
10 シャフト
12 ハブ
14 保持リング
16 凹部
18 凹部
20 連行体
22 縦長穿孔
24 周面
26 周面
28 凹部
30 側壁
32 内壁
34 ヘッド
36 斜面
38 凹部底部

Claims (15)

  1. シャフト(10)及びハブ(12)を有するシステム、特に電気モータ又は電気モータを伴う真空ポンプであって、シャフト(10)及びハブ(12)が少なくとも1つの第一外周部において、相応するセンタリング面(24、26)を有し、このセンタリング面が共に第一センタリング手段を形作り、第一外周部と異なる少なくとも1つの第二外周部において、少なくとも1つの連行体(20)がハブに設けられ、及びシャフト(10)に少なくとも1つの凹部(18)が設けられ、この凹部(18)が連行体(20)に相応し、又は逆に、連行体がシャフトに、及び凹部がハブに設けられ、及び連行体(20)がトルク伝導の為の凹部(18)に係合し、且つ、連行体(20)が、周方向において相互に分離された2つの側壁(30)を有し、この側壁が凹部(18)の相応する内壁(32)と協働し、及びこれら内壁(32)と共に、周方向において第一センタリング手段から分離された第二センタリング手段を形作っているシステム。
  2. センタリング手段は其々、ハブ(12)が、シャフト(10)から少なくとも基本的に非破壊に分解可能であるように、形成されていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  3. 第二センタリング手段において協働する平面(30、32)が、第一センタリング手段において協働する平面(24、26)より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載のシステム。
  4. 第一センタリング手段が隙間嵌め、滑り嵌め又は締り嵌めを有することを特徴とする請求項1〜3の少なくともいずれか一つに記載のシステム。
  5. 第二センタリング手段が、締り嵌めを有することを特徴とする請求項1〜4の少なくともいずれか一つに記載のシステム。
  6. 連行体(20)の複数の側壁(30)の1つと、第一センタリング手段の相応するセンタリング面(26)の間の少なくとも1つの外周域に、凹部(28)が形成されていることを特徴とする請求項1〜5の少なくともいずれか一つに記載のシステム。
  7. 複数の第一センタリング手段及び複数の第二センタリング手段が、周方向において、交互に入れ替わるように設けられていて、特に第一センタリング手段の数nが、第二センタリング手段の数nと等しく、及び有利にはにはn=2、3又は4が該当することを特徴とする請求項1〜6の少なくともいずれか一つに記載のシステム。
  8. 連行体(20)が、連行体ヘッド(34)を有し、この連行体ヘッドは、脇が面取りされている、又はR付けされていることを特徴とする請求項1〜7の少なくともいずれか一つに記載のシステム。
  9. 連行体(20)が、相応する凹部(18)の底部(38)から分離されていることを特徴とする請求項1〜8の少なくともいずれか一つに記載のシステム。
  10. 連行体(20)が、ハブ(12)又はシャフト(10)と一体形成されていることを特徴とする請求項1〜9の少なくともいずれか一つに記載のシステム。
  11. ハブ(12)が、重ねられた同一形状の複数の薄板を有し、有利には、連行体(20)を含む薄板が、其々、穿孔器によって生成され、且つ、特に連行体の側壁(30)が、穿孔後、非加工であることを特徴とする請求項1〜10の少なくともいずれか一つに記載のシステム。
  12. 特に電気モータのための、望ましくは、真空ポンプの電気モータのためのシャフト・ハブ接続の生成方法であって、其々、少なくとも1つの第一外周部において、シャフト(10)及びハブ(12)に、複数のセンタリング面は、接続された状態で協働し、及びに第一センタリング手段を形作るように、形成されていて、シャフト(10)及びハブ(12)に、其々、第一外周部と異なる少なくとも1つの二外周部において、連行体(20)又は連行体(20)に相応する凹部(18)は、接続された状態で連行体(20)が、トルク伝導の為の凹部に係合するように、形成されていて、且つ、連行体(20)に、周方向において分離された2つの側壁(30)及び凹部(18)内で側壁(30)に相応する内壁(32)は、側壁(30)及び内壁(32)が、共に第二センタリング手段を形作るように、形成されていることを特徴とするシャフト・ハブ接続の生成方法。
  13. 第一センタリング手段のセンタリング面(26)が、少なくともハブ(12)に、切削加工によって生成されることを特徴とする請求項12に記載の方法。
  14. ハブ(12)が、複数の同一形状薄板の層から構設されることを特徴とする請求項12又は13に記載の方法。
  15. 連行体(20)を含む薄板が、其々、穿孔器によって生成されて、特に連行体(20)の側壁(30)が、穿孔後、非加工のままであることを特徴とする請求項14に記載の方法。
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