JPH11506526A - 摩擦スピンドルユニットのための駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 摩擦スピンドルユニットがベースエレメント （４）から成っており、このベースエレメント（４）においてスピンドル（１）が、正三角形の角隅点に回転可能に支承されている。スピンドル（１）は、正三角形の中心において互いにオーバラップする摩擦円板（３）を有している。より高い回転数を達成するために、正三角形の中心を中心にして回転可能にかつスピンドル（１）に対して軸平行に配置された駆動軸（９）が設けられており、該駆動軸（９）と各スピンドル（１）との間に、トルク伝達のための手段（１９）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 摩擦スピンドルユニットのための駆動装置 本発明は、摩擦スピンドルユニットであって、ベースエレメントにおいて正三 角形の角隅点に回転可能に支承されたスピンドルが設けられており、該スピンド ルに、正三角形の中心において互いにオーバラップする摩擦円板が固定されてい る形式のものに関する。 このような形式のユニットは例えばドイツ連邦共和国実用新案第７５２５１９ ２号明細書に基づいて公知である。３つのスピンドルのうちの一つの軸方向の延 長部には、該スピンドルを駆動する接線方向ベルトが係合している。各スピンド ルはベルト円板を有しており、この場合ベルトはすべてのベルト円板と係合して いる。このようにして、３つのすべてのスピンドルが等しい回転数で回転するこ とが保証されている。使用される扁平ベルトは、従来通常の約２００００ｒｐｍ ．のスピンドル回転数を達成するために、２５ｍ／ｓｅｃ．までの最大速度で運 転される。使用者によって望まれているより高いスピンドル回転数は、このよう に構成された摩擦スピンドルユニットによって達成することができない。 ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の摩擦スピンドルユニットを改良し て、より高いスピンドル回 転数を達成することができ、特に、扁平ベルトを用いた駆動の場合に扁平ベルト とスピンドルとの間において、この高められたスピンドル回転数を可能にする伝 達ができる、摩擦スピンドルユニットを提供することである。 この課題を解決するために本発明の構成では、正三角形の中心を中心にして回 転可能にかつスピンドルに対して軸平行に配置された駆動軸が設けられており、 該駆動軸と各スピンドルとの間に、出力伝達のための手段が設けられている。駆 動軸は、駆動装置から被駆動装置への増速伝達のための伝動部材として使用され る。駆動軸自体は、例えば扁平ベルトによって駆動されることができ、この場合 駆動軸と各スピンドルとの間における伝達比を適宜に選択することによって、高 められたスピンドル回転数が得られる。本発明の別の大きな利点としては、駆動 出力の改善された分配形式にある。従来技術では、扁平ベルトによって駆動され るスピンドルは、ベルトを介して他の２つのスピンドルを駆動するようになって いる。出力伝達のために設けられているベルトは、したがって全体の駆動出力の ２／３を引き受ける必要がある。これに対して本発明では、スピンドル毎に出力 伝達のために設けられている手段は、単に、全駆動出力の１／３だけを引き受け る。それというのは、これらの手段は本発明では駆動軸と各スピンドルとの間に 設けられているからである 。 請求項２記載の有利な構成では、各スピンドルが該スピンドルに設けられた第 １の平歯車で、駆動軸に設けられた第２の平歯車と噛み合っている。このような 伝動装置は、従来技術において必要であったベルトを省くことができる。 請求項３に記載の構成では、各スピンドルがその摩擦円板で、駆動軸の周面に 沿って転動するようになっている。扁平ベルトによる駆動のために駆動軸は、駆 動軸が扁平ベルトによって巻き掛けられているところにおいて、直径を小さく形 成されており、かつ摩擦円板が係合作用するところにおいては、直径を大きく形 成されており、この場合前記摩擦円板の直径は小さく選択される。 請求項４記載の構成のように、駆動軸が中空軸として形成されていて、該中空 軸内にスピンドルが進入している場合には、要求された伝達比を特に有利な形式 で調節することができる。この構成においても駆動軸は、扁平ベルトが係合する ところにおいて直径を小さく構成される。スピンドルが中空軸内に進入している ところにおける中空軸の内径は有利には、扁平ベルトが係合しているところより も著しく大きい。スピンドルはここに、既に上に述べたように、平歯車又は摩擦 円板を備えており、この場合中空軸はその内径部に場合によっては第２の平歯車 を備えている。 駆動軸がスピンドルの間に配置されている配置形式は、請求項４記載の構成に おいて可能であるように、スピンドル回転数があまり高くなくてもよい場合に、 有利である。本発明によるこの変化実施例においても平歯車と摩擦円板とを出力 伝達のために、有利な形式で請求項４記載の構成と同様に使用するができる。 請求項６に記載されている有利な構成では、磁石式のカップリングが、各スピ ンドルと駆動軸との間に設けられている。２つの軸の間における出力伝達を可能 にする磁石式のカップリング自体は、既に以前から公知である。磁石式カップリ ングの構造及び作用が記載された使用例は、例えばボン在の同名の会社のカタロ グ「Magnetfabrik Bonn，Physikalische Grundlagenund Leistungsumfang」に開 示されている。駆動軸の本発明による配置形式によって、比較的小さなトルクを 問題なく伝達することができるこのような磁石式カップリングの使用が可能であ る。このような磁石式カップリングには例えば、出力伝達を無接触式に、つまり ノイズや振動をほとんど生ぜしめることなく行うことができるという利点がある 。本発明によるこの摩擦スピンドルユニットにおいても、上に述べたような有利 な伝達比が選択される。 この磁石式カップリングは、請求項７記載の構成では次のように構成されてい る。すなわち、駆動軸の周囲に配置された第１の永久磁石が設けられており、該 第１の永久磁石に半径方向で向かい合って、各スピンドルの周囲に配置された第 ２の永久磁石が配置されており、この場合永久磁石は半径方向に極性を与えられ ている。駆動軸はこの場合、該駆動軸が中空に構成されている場合には、スピン ドルの間に配置されていてもよい。第１の永久磁石と第２の永久磁石との間に存 在するリング間隙は、永久磁石の特性値とジオメトリ的な関係に基づいて計算に より簡単に求めることができる。本発明によるこの構成では、従来技術から公知 の上に述べた、３つのスピンドルを同期化させるベルトもしくは歯付きベルトを 使用すると有利である。磁石式のカップリングが裂断した後では、同期化のため に両カップリング半部つまり駆動軸と該当するスピンドルとは、まず初め停止さ せられねばならない。しかしながらこのことは運転においては不都合なことであ る。このような停止を回避するために、トルクは、上に述べたように機械的に伝 達され、つまり該当するスピンドルと駆動軸とが再び同期的に回転するまで、機 械的に伝達される。そしてこの瞬間つまり該当するスピンドルと駆動軸とが再び 同期的に回転し始めた瞬間に、再び磁石カップリングは出力伝達を引き受け、こ の場合機械的な出力伝達のために設けられた手段は、無負荷状態で回転すること になる。 請求項８記載の有利な構成では、各スピンドルの各第２の平歯車が、正三角形 の中心に回転可能に支承さ れた平歯車と噛み合っている。このような配置形式は特に、出力伝達が力接続式 にもしくは摩擦結合式に又は前記磁石式カップリングを用いて行われる場合に、 提供される。そしてこのような配置形式によって、３つのスピンドルを常に同期 的に回転させることが保証される。 駆動軸が中空軸として構成されている場合には、有利には請求項９記載のよう に、中空軸が、鉢形にかつ特に深絞り法によって製造されており、かつ中空軸の 鉢底の中心に、該鉢底の平面から軸方向に引き出されたスリーブが設けられてお り、該スリーブが、ベースエレメントの中心に固定された軸に回転可能に支承さ れている。この場合スリーブの外周部には、例えば、駆動軸を駆動するための扁 平ベルトが係合する。 本発明による摩擦スピンドルユニットの別の有利な構成では、請求項１０記載 のように、ベースエレメントにおいて正三角形の角隅点に回転可能に支承された スピンドルが設けられており、該スピンドルに、正三角形の中心において互いに オーバラップする摩擦円板が固定されている形式の摩擦スピンドルユニットにお いて、各スピンドルが電動モータによって駆動されるようになっている。このよ うな配置形式では、従来汎用の扁平ベルトを完全に省くことができる。同期化の ために、３つのスピンドル同士は、上に述べた請求項に記載されているように、 摩擦力結合又は形状結合式 に互いに結合されることができる。 以下においては、全部で１５の図面に示された９つの実施例に基づいて本発明 を詳説する。 第１図は、本発明による摩擦スピンドルユニットの１実施例を示す縦断面図で ある。 第２図は、本発明による摩擦スピンドルユニットの別の実施例を示す縦断面図 である。 第３図は、第２図に示された摩擦スピンドルユニットを第２図のIII−III線に 沿って断面して示す横断面図である。 第４図は、本発明による摩擦スピンドルユニットの別の実施例を示す縦断面図 である。 第５図は、第４図に示された摩擦スピンドルユニットを第４図のV−V線に沿っ て断面して示す横断面図である。 第６図は、本発明による摩擦スピンドルユニットの別の実施例を示す縦断面図 である。 第７図は、本発明による摩擦スピンドルユニットの別の実施例を示す縦断面図 である。 第８図は、第７図に示された摩擦スピンドルユニットを第７図のVIII−VIII線 に沿って断面して示す横断面図である。 第９図は、本発明による摩擦スピンドルユニットの別の実施例を示す縦断面図 である。 第１０図は、第９図に示された摩擦スピンドルユニ ットを第９図のX−X線に沿って断面して示す横断面図である。 第１１図は、本発明による摩擦スピンドルユニットの別の実施例を示す縦断面 図である。 第１２図は、本発明による摩擦スピンドルユニットの別の実施例を示す縦断面 図である。 第１３図は、第１２図に示された摩擦スピンドルユニットを上から見た平面図 である。 第１４図は、本発明による摩擦スピンドルユニットの別の実施例を示す縦断面 図である。 第１５図は、第１４図に示された摩擦スピンドルユニットを第１４図のXV−XV 線に沿って断面して示す横断面図である。 第１図には、第１の本発明による摩擦スピンドルユニットが縦断面図で示され ている。３つのスピンドル１には交互にスペーサ２と摩擦円板３とが配置されて いて、軸方向において互いに緊張させられている。スピンドル１は、例えば第３ 図に示されているように、正三角形の各角隅点に互いに軸平行に配置されている 。３つのスピンドル１はベースエレメント４においてそれぞれ、軸方向で隣接す る２つの箇所に回転可能に支承されている。上側の深溝玉軸受５と下側の深溝玉 軸受６とが、各スピンドル１を支承するために設けられており、この場合上側の 深溝玉軸受５は緩衝リング７を有しており、この緩衝リング７は、上側の深溝玉 軸受５の外レース８とベースエレメント４との間に配置されている。スピンドル １はその下端部で、中空円筒状の鉢形の駆動軸９に突入しており、この駆動軸９ は深絞り法によって製造されている。駆動軸９の鉢底１０は、該鉢底の平面から 軸方向に引き出されていて外方に向けられたスリーブ１１を有しており、このス リーブ１１は、ベースエレメント４の中央に固定された軸１２に、軸方向で隣接 する２つの深溝玉軸受１３を用いて回転可能に支承されている。スピンドル１は その下端部に各１つの摩擦円板１４を有しており、これらの摩擦円板１４はそれ ぞれ、中空円筒状の駆動軸９の内周面に押し付けられている。スリーブ１１の外 周面には、駆動軸９を駆動するための扁平ベルト１５が係合している。 第２図に示された実施例が、第１図に示された実施例に対して異なっているの は主として次の点である。すなわちこの第２図に示された実施例では、各スピン ドル１が付加的に各１つの歯付円板１６を有しており、この場合３つのスピンド ル１を取り囲む歯付きベルト１７が各歯付円板１６に接触させられている。この ようにして３つのスピンドル１の同期回転が保証されている。第１図に示された 実施例とは異なりスリーブ１１は内方に向かって延びており、この場合扁平ベル トが中空円筒状の駆動軸９の外周部に係合している。第３図には、第２図の実施 例が横断面図で示されてお り、この第３図から明らかなように、３つのスピンドル１はそれぞれ正三角形の 角隅点に配置されている。 第４図に示された実施例が第２図に示された実施例と異なっている点は次のこ とだけである。すなわちこの第４図に示された実施例では、摩擦円板１４は、第 ２図における実施例のようにスピンドル１の下端部に配置されているのではなく 、上側の深溝玉軸受５と下側の深溝玉軸受６との間に配置されている。第５図に 示された横断面図はスピンドル１の配置形式を明瞭に示しており、この第５図に は付加的に、横断面されたベースエレメント４の一部が見える。 第６図に示された実施例が、第２図に示された実施例と異なっている点は、主 として次のことにある。すなわち第６図の実施例では、駆動軸９は、ベースエレ メント４に固定された軸を介して回転可能に支承されているのではない。その代 わりにスリーブ１１が付加的に、スリーブ１１に固定された軸ピン１８を有して いる。この軸ピン１８は例えば図示されていない扁平ベルトによって、しかしな がらまた同様に図示されていない電動モータによって駆動可能である。 第７図に示された実施例は、第４図に示された実施例に対して主として２つの 特徴によって異なっており、この場合第７図には単に下側の深溝玉軸受６だけが 示されている。駆動軸９のスリーブ１１は、第４図の実施例とは異なり、軸方向 内側に向かってではなく、 軸方向外側に向かって引き出されており、この場合扁平ベルト１５はスリーブ１ １の外周部に係合している。第４図の実施例に対する第２の大きな違いは、摩擦 円板を用いた出力伝達の代わりに、磁石式のカップリング１９が設けられている ことである。この磁石式のカップリング１９は、主として外側の永久磁石２０と 内側の永久磁石２１とから成っている。外側の永久磁石２０は駆動軸９に固定さ れている。同じ平面には、半径方向で隣接して各スピンドルに、内側の永久磁石 ２１が配置されている。外側及び内側の永久磁石２０，２１の極性は半径方向に 向けられている。両永久磁石２０，２１の間には空隙２２が形成されている。第 ８図に示された横断面図には、永久磁石２０，２１の配置形式が概略的に示され ている。 第９図に示された本発明の実施例は、第７図に示された実施例に対して主とし て２つの特徴で異なっている。まず第１に磁石式のカップリング１９は、第７図 の実施例とは異なり、スピンドル１の下端部に設けられている。 また、第７図に示された、歯付円板１６と歯付きベルト１７を用いて３つのス ピンドル１を互いに連結する形状結合的なカップリングの代わりに、この実施例 ではゴムリング２３が設けられており、このゴムリング２３は駆動軸９に固定さ れていて、この場合各スピンドル１には摩擦円板２４が設けられており、これら の摩擦円板２４はすべてゴムリング２３に押し付けられている。歯付円板及び歯 付きベルトを用いた３つのスピンドル１の形状結合式のカップリングを、付加的 に設けることはもちろん可能である。 第１０図には、半径方向の極性を与えられた永久磁石２０，２１の配置形式が 示されている。 第１１図に示された実施例は、第２図に示された実施例に対して主として２つ の特徴によって異なっている。まず第１に駆動軸９が管状に構成されており、こ の場合管状の駆動軸９は３つのスピンドル１の間に配置されている。スピンドル １の摩擦円板１４は管状の駆動軸９の外周部に押し付けられている。第２の相違 点である特徴は、３つのスピンドルの間における付加的な形状結合式のカップリ ングの変化実施例にある。第１１図に示された実施例では３つのスピンドル１が 各１つの平歯車２５を有しており、これらの平歯車２５はそれぞれスピンドル１ と回動不能に結合されている。正三角形の中央に配置された別の平歯車２６は、 滑り軸受２７を介して回転可能に軸１２に支承されている。３つのすべての平歯 車２５は平歯車２６と噛み合っている。 第１２図に示された実施例が第６図に示された実施例と異なっているのは、主 として以下の特徴においてである：すなわち駆動軸９は同時に電動モータ２５の 被駆動軸を形成している。第６図の実施例におけるよ うな摩擦力結合式の出力伝達の代わりに、ここでは駆動軸９が、３つのスピンド ル１の間に係合する平歯車２９を有しており、この平歯車２９は、それぞれが所 属のスピンドル１に固定されている平歯車３０と噛み合っている。この摩擦スピ ンドルユニットでは、形状結合的な出力伝達のために、第６図の実施例において 設けられているような付加的な同期化装置が省かれている。第１３図には、第１ ２図に示された本発明による摩擦スピンドルユニットが平面図で示されている。 第１４図に示された本発明による摩擦スピンドルユニットの別の実施例では、 ベースエレメント３１において正三角形の角隅点に回転可能に支承された３つの スピンドル３２が設けられている。ベースエレメント３１に対するスピンドル３ ２の支承のために、スピンドル１毎に、上側の深溝玉軸受３３と軸方向で隣接し た下側の深溝玉軸受３４とが設けられており、これらの深溝玉軸受３３，３４は ベースエレメント３１に支持されている。上側の深溝玉軸受３３の外レース３５ とベースエレメント３１との間には、振動減衰のために各１つの緩衝リング３６ が設けられている。 スピンドル３２はその下端部でそれぞれ小型の電動モータ３７と結合されてい る。３つの電動モータは共通のステータケーシング３８を有しており、このステ ータケーシング３８は、第１５図においてより良好に分かるように、各スピンド ルのためにステータ孔（St aenderbohrung）３９を有している。各ステータ孔３９は励磁巻線と磁極シュー とを備えており、これらは第１５図において符号４０を付けられた円形リングに よって象徴的に示されている。スピンドル３２の下端部には、半径方向に極性を 与えられた永久磁石によって形成されたロータが固定されており、これらのロー タは第１４図、第１５図において符号４１を付けられた円形リングによって象徴 的に示されている。ここに記載の構成は、直流機器のために典型的である。電気 的な接続部はここでは示されていない。 ３つのスピンドル３２を同期化させるために、各スピンドル３２には平歯車４ ２が設けられており、この場合歯付きベルト４３が３つの平歯車４２に巻き掛け られている。 以下においては本発明による摩擦スピンドルユニットの作用形式について詳し く述べる。第１図〜第１３図に示された実施例に対して、駆動装置は同じ構造を 有している。駆動軸９は扁平ベルト１５か又は電動モータ２８を用いて駆動され 、この場合駆動軸９の回転は３つのスピンドル１それぞれに伝達される。出力伝 達のために、図示の実施例では異なった複数の手段が提案されている。第１図〜 第５図及び第１１図に示された実施例では、各スピンドル１に摩擦円板１４が固 定されていて、この摩擦円板１４は駆動軸９の周面に摩擦接触して転動する。ス ピンドル１は第２図〜第５ 図及び第１１図に示された実施例では、付加的に同期化されている。第７図〜第 １０図に示された実施例には磁石カップリング１９が設けられており、これらの 磁石カップリング１９は、駆動軸９と各スピンドル１との間に配置されている。 外側の永久磁石２０は駆動軸９と共に回転し、この場合外側の永久磁石２０と内 側の永久磁石２１との間における磁力に基づいて、各スピンドル１は無接触式に 連行される。第１図、第７図〜第１０図に示された駆動軸はその直径比に関して 特に有利に構成されている。扁平ベルト１５が係合する領域において、駆動軸９ の直径は小さく保たれている。これに対して駆動軸９は外側の永久磁石２０もし くは摩擦円板１４，２４の領域において、直径を極めて大きく構成されている。 駆動軸１９のこの構成によって、極めて高い周速度が得られ、この周速度は各ス ピンドル１に伝達される。もちろん磁石カップリング１９の代わりに、他の実施 例に記載のように駆動軸９とスピンドル１との間において摩擦結合式又は形状結 合式の結合部を択一的に設けることも可能である。第９図に示された実施例は、 駆動装置が余分である点で特に際立っている。一方では駆動スピンドル９と各ス ピンドル１との間に磁石カップリング１９が設けられており、かつ他方では、各 スピンドル１に固定された摩擦円板２４がゴムリング２３において転動する。出 力伝達は、しかしながら通常時にはもっぱら磁石カッ プリング１９を介して行われる。磁石カップリング１９のうちの１つがもはや係 合作用しなくなったような場合のためにだけ、トルクはゴムリング２３を介して 伝達される。ゴムリング２３はしかしながら、当該のスピンドル１が再び駆動軸 ９と同期的に回転するまでしか係合作用しない。すなわちこの際に永久磁石２０ ，２１は、磁石カップリング１９が再び係合作用するように、再び調整される。 この時点からゴムリング２３は単に負荷無しに転動するだけである。第１２図に 示された実施例における特別な利点として次のことが挙げられる。すなわちこの 第１２図の実施例では、駆動軸９とスピンドル１との間における出力伝達が互い に噛み合っている平歯車２９，３０を介して保証されている。この構成では、３ つのスピンドル１を同期化させるための別の手段は省かれている。 第１４図、第１５図に示された実施例では各スピンドル３２は、固有の電動モ ータ３７を用いて駆動される。電動モータ３７は、小さな出力伝達に基づいて比 較的小型に構成可能であり、この場合相応に設計された電動モータ３７によって 同時に極めて高い回転数を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラルフ ゲルゲンス ドイツ連邦共和国 Ｄ−42897 レムシャ イト ポストヴェーク ３アー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．摩擦スピンドルユニットであって、ベースエレメント（４）において正三角 形の角隅点に回転可能に支承されたスピンドル（１）が設けられており、該スピ ンドル（１）に、正三角形の中心において互いにオーバラップする摩擦円板（３ ）が固定されている形式のものにおいて、正三角形の中心を中心にして回転可能 にかつスピンドル（１）に対して軸平行に配置された駆動軸（９）が設けられて おり、該駆動軸（９）と各スピンドル（１）との間に、出力伝達のための手段（ １４，１９，２９，３０）が設けられていることを特徴とする摩擦スピンドルユ ニット。 ２．各スピンドル（１）が該スピンドルに設けられた第１の平歯車（３０）で、 駆動軸（９）に設けられた第２の平歯車（２９）と噛み合っている、請求項１記 載の摩擦スピンドルユニット。 ３．各スピンドル（１）がその摩擦円板（１４）で、駆動軸（９）の周面に沿っ て転動する、請求項１記載の摩擦スピンドルユニット。 ４．駆動軸が中空軸（９）として形成されていて、該中空軸内にスピンドル（１ ）が進入している、請求項１記載の摩擦スピンドルユニット。 ５．駆動軸（９）がスピンドル（１）の間に配置され ている、請求項１記載の摩擦スピンドルユニット。 ６．磁石式のカップリング（１９）が、各スピンドル（１）と駆動軸（９）との 間に設けられている、請求項１記載の摩擦スピンドルユニット。 ７．駆動軸（９）の周囲に配置された第１の永久磁石（２１）が設けられており 、該第１の永久磁石（２１）に半径方向で向かい合って、各スピンドル（１）の 周囲に配置された第２の永久磁石（２０）が配置されている、請求項６記載の摩 擦スピンドルユニット。 ８．各スピンドル（１）の各第２の平歯車（２５）が、正三角形の中心に回転可 能に支承された平歯車（２６）と噛み合っている、請求項１記載の摩擦スピンド ルユニット。 ９．金属薄板から特に深絞り法によって製造された鉢形の中空軸（９）が、その 鉢底（１０）の中心に、該鉢底（１０）の平面から軸方向に引き出されたスリー ブ（１１）を有しており、該スリーブ（１１）が、ベースエレメント（４）の中 心に固定された軸（１２）に回転可能に支承されている、請求項４記載の摩擦ス ピンドルユニット。 10．摩擦スピンドルユニットであって、ベースエレメント（３１）において正三 角形の角隅点に回転可能に支承されたスピンドル（３２）が設けられており、該 スピンドル（３２）に、正三角形の中心におい て互いにオーバラップする摩擦円板（３）が固定されている形式のものにおいて 、各スピンドル（３２）が電動モータ（３７）によって駆動されることを特徴と する摩擦スピンドルユニット。