WO2008034768A1 - Wellenkupplung - Google Patents

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WO2008034768A1
WO2008034768A1 PCT/EP2007/059693 EP2007059693W WO2008034768A1 WO 2008034768 A1 WO2008034768 A1 WO 2008034768A1 EP 2007059693 W EP2007059693 W EP 2007059693W WO 2008034768 A1 WO2008034768 A1 WO 2008034768A1
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torque transmission
encoder
transmission element
motor
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Matthias Braun
Winfried Kessler
Michael Zisler
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/02—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions
    • F16D3/04—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions specially adapted to allow radial displacement, e.g. Oldham couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts

Definitions

  • the invention relates to a shaft coupling for coupling a transmitter with an electric machine, in particular an electric motor.
  • EP 1 452 759 A1 discloses a shaft coupling which connects a motor shaft to a sensor shaft.
  • the present invention seeks to provide a shaft coupling having a mounting security, in particular a security against the security of their individual elements.
  • a shaft coupling for coupling a sensor to an electrical machine, in particular to an electric motor, wherein an end portion of a sensor shaft and an end portion of a motor shaft are arranged opposite one another and at least one torque transmission element between the end portions of the encoder shaft and the motor shaft is arranged, wherein the torque transmitting element at its end faces in each case one having a transverse groove extending through its center, wherein claw-like elements of the end sections of the motor shaft and the encoder shaft correspond with the transverse grooves of the torque transmission element in the assembled state such that a torque transmission from the motor shaft to the encoder takes place, which includes both radial, axial offsets and angular offsets of the motor shaft. and encoder shaft compensates, wherein transverse grooves and claw-like elements of the respective end portions have such means that a faulty mounting of the encoder shaft is excluded on the torque transmitting member.
  • the waves to be coupled can be mounted with a comparatively short axial distance.
  • the present inventive coupling is based on the principle of Oldham coupling (cross slide clutch).
  • these couplings are ideally suited as shaft couplings.
  • the angular position of the end portion of the encoder shaft can be safely set in any case.
  • the end portions of the motor shaft and the encoder shaft are preferably made of metal and the torque transmitting element is provided with transverse grooves and may be at least partially executed as a plastic part.
  • the contours of the end portions are incorporated directly into the shaft ends of the electric motor and / or the encoder.
  • the two arms of the transverse grooves which is opposite to the end portion of the encoder shaft in different width and / or depth, whereby the security against the end of the encoder shaft is ensured.
  • the torque transmitting member is connected to the end portion of the encoder shaft only mountable in a single angular position.
  • the groove depth is adjusted to the groove width in such a way that a mass balance is ensured and thus there are no imbalances that influence the detection accuracy of the encoder.
  • the arms of the transverse grooves can also have a different shape design with the above-mentioned advantages of security against theft.
  • one arm with a cuboid contour and the other arm with a teardrop-shaped contour e.g. one arm with a cuboid contour and the other arm with a teardrop-shaped contour.
  • thermoplastics are preferably provided with carbon fibers or glass fibers, in order to obtain an increase in rigidity and a reduction or stabilization of the thermal expansion coefficient.
  • lubricants e.g. PTFE or similar admixed.
  • a special shape of the plastic part ensures that the coupling is designed without play. This is achieved, for example, in that the mated parts are executed with oversize, so that there is an interference fit.
  • the groove geometry is made slightly larger at the bottom of the groove than at the top (conical groove). This ensures that the flanks of the transverse groove in the installed state of the shaft couplings on the claw-like element formed over a large area.
  • markings are provided on the end portions of the identically designed claw-like elements to thereby also obtain a stow-proof assembly of the shaft coupling.
  • the security of security is ensured by visual inspection.
  • the FIG shows an end portion 2 of a motor shaft 1 of a motor 16, not shown, which end portion 2 has claw-like elements 3, 4. Furthermore, the FIG shows an end portion 5 of an encoder shaft 6 of a donor 15, not shown, whose end portion 5 also claw-like elements 7, 8 has.
  • the FIGURE further shows a substantially cylindrical torque transmitting element 9 with arranged on the end faces, mutually perpendicular transverse grooves 10,11 in which the claw-like elements 3, 4, 7, 8 of the respective end sections 2.5 of the motor shaft 1 and encoder shaft 6 engage ,
  • the individual claw-like elements 3, 4, 7, 8, in particular the claw-like elements 7, 8 of the donor side are formed so that they can be mounted directly with the sections of the transverse grooves 10, 11, in particular only with the transverse groove 11.
  • the individual arms 12, 13 of the transverse groove 11 are formed such that the end section 5 with its claw-like elements 7, 8 permits assembly only in the indicated position.
  • An assembly of a twisted by 180 ° end portion 5 of the encoder shaft 6 is thus not possible.
  • This also ensures 100% security against theft of the individual elements of the shaft coupling.
  • it is also possible to carry out a blind assembly of the individual elements, a mounting being referred to as blind mounting, in which the parts to be assembled need not be accessible in the position to be mounted, for example to check the assembly by visual inspection.
  • the claw-like elements 7, 8 are thus designed differently, such that they can be mounted with the different designed arms 12, 13 of the transverse groove 11 only in a predetermined position and thus a proper transmission of speed and / or rotation angle and / or position allows the motor shaft 1.
  • Motor shaft 1 and encoder shaft 6 are provided with their respective end sections 2, 5 by suitable transmission means, e.g. Connected feather keys.
  • the end portions 2, 5 with their shafts form an integral unit, thus being of a material such that special transmission means from the shafts to their respective end portions 2, 5 are not necessary.
  • the contours of the end sections 2, 5 are incorporated directly into the ends of the motor shaft 1 and / or the encoder shaft 6.
  • the end portions 2, 5 are injected or injected.
  • Possible geometric shapes are e.g. Multi-tooth or polygonal geometries.
  • optical markings on the claw-like elements 7, 8 and the associated arms 12, 13 are also possible, which are designed as color markings, notches, dots or other optical features.
  • the inventive concept of a sturdy mounting a shaft coupling can also be applied to other shaft couplings with a plurality of transverse grooves and / or radially extending grooves on the torque transmission element 9.
  • the invention is not limited to shaft couplings with only one torque transmission element, there are also several axially successively arranged and interlocking torque transmission element 9 conceivable.
  • the transition to the respective shaft ends is equipped according to the invention.
  • the shaft coupling according to the invention is u.a. in machine tools, printing presses, robots, textile machines and woodworking machines preferably used to obtain a vibration-free torque transmission with relatively high attenuation to the encoder.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung zur Ankopplung eines Geber (15) an eine elektrische Maschine, insbesondere an einen Elektromotor (16), wobei ein Endabschnitt (5) einer Geberwelle (6) und ein Endabschnitt (2) einer Motorwelle (1) gegenüberliegend angeordnet sind und zumindest ein Drehmomentübertragungselement (9) zwischen den Endabschnitten (5) der Geberwelle (6) und der Motorwelle (1) angeordnet ist, wobei das Drehmomentübertragungselement (9) an seinen Stirnseiten jeweils eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende Quernut (10,11) aufweist, wobei klauenartige Elemente (3, 4, 7, 8) der Endabschnitte (2, 5) von Motorwelle (1) und Geberwelle (6) mit den Quernuten (10, 11) des Drehmomentübertragungselements (9) derart im zusammengebauten Zustand korrespondieren, dass eine Drehmomentübertragung von der Motorwelle (1) an den Geber (15) stattfindet, die sowohl Radial-, Axialversätze als auch Winkelversätze von Motor- und Geberwelle ausgleicht, wobei Quernuten (10, 11) und klauenartige Elemente (3, 4, 7, 8) der jeweiligen Endabschnitte (2,5) derartige Mittel aufweisen, dass eine fehlerhafte Montage der Geberwelle (6) auf das Drehmomentübertragungselement (5) ausgeschlossen ist.

Description

Beschreibung
Wellenkupplung
Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung zur Kupplung eines Gebers mit eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor .
Beim Einsatz von elektrischen Maschinen mit rotierenden WeI- len ist es oft erwünscht, die Drehzahl der Welle oder die Lage des Rotors zu erfassen. Dazu gibt es die unterschiedlichsten Drehzahlmesser wie z.B. Impulsübertrager, Tachogeneratoren usw. und ebenso Geberelemente.
So ist aus der EP 1 452 759 Al eine Wellenkupplung bekannt, die eine Motorwelle mit einer Geberwelle verbindet.
Nachteilig dabei ist, dass diese bekannten Feedback-Systeme, also die Ankopplungen an den Geber keine Montagesicherheit ihrer Einzelelemente gewährleisten. Durch eine 180°-Ver- setzung der zu kuppelnden Elemente ergeben sich bei einigen Maschinenarten Fehlermöglichkeiten, die zu einer inkorrekten Positionierung z.B. eines Elektromotors einer Arbeitsmaschine führen .
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkupplung zu schaffen, die eine Montagesicherheit, insbesondere eine Verstecksicherheit ihrer Einzelelemente aufweist .
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Wellenkupplung zur Ankopplung eines Geber an eine elektrische Maschine, insbesondere an einen Elektromotor, wobei ein Endabschnitt einer Geberwelle und ein Endabschnitt einer Motorwel- Ie gegenüberliegend angeordnet sind und zumindest ein Drehmomentübertragungselement zwischen den Endabschnitten der Geberwelle und der Motorwelle angeordnet ist, wobei das Drehmomentübertragungselement an seinen Stirnseiten jeweils eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende Quernut aufweist, wobei klauenartige Elemente der Endabschnitte von Motorwelle und Geberwelle mit den Quernuten des Drehmomentübertragungselements derart im zusammengebauten Zustand korrespondieren, dass eine Drehmomentübertragung von der Motorwelle an den Geber stattfindet, die sowohl Radial-, Axialversätze als auch Winkelversätze von Motor- und Geberwelle ausgleicht, wobei Quernuten und klauenartige Elemente der jeweiligen Endabschnitte derartige Mittel aufweisen, dass eine fehlerhafte Montage der Geberwelle auf das Drehmomentübertragungselement ausgeschlossen ist.
Erfindungsgemäß sind dadurch die zu kuppelnden Wellen mit vergleichsweise kurzem axialen Abstand montierbar.
Der vorliegenden erfindungsgemäßen Kupplung liegt das Prinzip der Oldham-Kupplung (Kreuzschieberkupplung) zugrunde. Hinsichtlich Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, Spielfreiheit sind diese Kupplungen bestens als Wellenkupp- lung geeignet. Es wird aber durch die nunmehr vorgeschlagene erfindungsgemäße Lösung eine Montage- und Verstecksicherheit dieser Kupplung beim Zusammenbau gewährleistet. Damit lässt sich die Winkellage des Endabschnitts der Geberwelle auf jeden Fall sicher einstellen. Die Endabschnitte der Motorwelle und der Geberwelle sind vorzugsweise aus Metall und das Drehmomentübertragungselement ist mit Quernuten versehen und kann zumindest abschnittsweise als Kunststoffteil ausgeführt sein.
Vorteilhafterweise sind die Konturen der Endabschnitte direkt in die Wellenenden des Elektromotors und/oder des Gebers eingearbeitet .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die beiden Arme der Quernuten, die dem Endabschnitt der Geberwelle gegenüber liegt in unterschiedlicher Breite und/oder Tiefe ausgeführt, wodurch die Verstecksicherheit mit dem Endabschnitt der Geberwelle gewährleistet ist. Somit ist das Drehmomentübertragungselement mit dem Endabschnitt der Geberwelle nur in einer einzigen Winkellage montierbar. Die Nuttiefe ist dabei so auf die Nutbreite abgestimmt, dass dadurch ein Massenausgleich sichergestellt wird und somit keine Unwuchten vorliegen, die die Erfassungsgenauigkeit des Gebers beein- flussen.
Des Weiteren können die Arme der Quernuten unter Berücksichtigung der oben genannten Anforderungen auch eine unterschiedliche Formgestaltung aufweisen mit den oben genannten Vorteilen der Verstecksicherheit. Dabei sind z.B. ein Arm mit einer quaderförmigen Kontur und der andere Arm mit einer tropfenförmigen Kontur versehen.
Zur Erhöhung der Lebensdauer des Drehmomentübertragungsele- ments werden entsprechend modifizierte Kunststoffe zum Einsatz gebracht. Besonders geeignet sind dabei Thermoplaste vorzugsweise mit Kohlefasern oder Glasfasern versehen, um eine Erhöhung der Steifigkeit und um eine Reduzierung bzw. Stabilisierung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu er- halten.
Zur Reduzierung der Reibungskoeffizienten werden dem Kunststoff dabei Schmierstoffe z.B. PTFE oder ähnliche beigemischt. Durch eine spezielle Formgebung des Kunststoffteils wird sichergestellt, dass die Kupplung spielfrei ausgeführt ist. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die zusammengesteckten Teile mit Übermaß ausgeführt sind, so dass sich ein Presssitz ergibt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Nutengeometrie am Nutgrund geringfügig größer ausgeführt als am oberen Bereich (konische Nut) . Dadurch wird sichergestellt, dass die Flanken der Quernut im montierten Zustand der Wellenkupplungen am klauenartig ausgebildeten Element großflächig anlie- gen.
Damit wird eine konstante, schwingungsfreie Drehmomentübertragung von der Motorwelle zum Geber gewährleistet über den gesamten Arbeitsbereich (u.a. Temperatur und Drehzahl betreffend) eingehalten.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung sind Markierungen auf den Endabschnitten der identisch ausgeführten klauenartigen Elemente vorgesehen, um dadurch ebenso eine verstecksichere Montage der Wellenkupplung zu erhalten. Dabei wird die Verstecksicherheit durch eine optische Kontrolle sichergestellt.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Darin zeigt die FIG einen Endabschnitt 2 einer Motorwelle 1 eines nicht näher dargestellten Motors 16, welcher Endabschnitt 2 klauenartige Elemente 3, 4 aufweist. Des Weiteren zeigt die FIG einen Endabschnitt 5 einer Geberwelle 6 eines nicht näher dargestellten Gebers 15, dessen Endabschnitt 5 ebenfalls klauenartige Elemente 7, 8 aufweist.
Die FIG zeigt des weiteren ein im wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Drehmomentübertragungselement 9 mit auf den Stirnseiten angeordneten, zueinander senkrecht verlaufenden Quernuten 10,11 in die die klauenartigen Elemente 3, 4, 7, 8 der jeweiligen Endabschnitte 2,5 von Motorwelle 1 und Geberwelle 6 eingreifen. Die einzelnen klauenartigen Elemente 3, 4, 7, 8, insbesondere die klauenartigen Elemente 7, 8 der Geberseite sind dabei so ausgebildet, dass sie mit den Ab- schnitten der Quernuten 10, 11 insbesondere nur mit der Quernut 11 direkt montierbar sind.
Dabei sind die einzelnen Arme 12, 13 der Quernut 11 so ausgebildet, dass der Endabschnitt 5 mit seinen klauenartigen EIe- menten 7, 8 nur in der angegebenen Position eine Montage zu- lässt . Eine Montage eines um 180° verdrehten Endabschnitts 5 der Geberwelle 6 ist somit nicht möglich. Damit ist auch eine 100%- ige Verstecksicherheit der Einzelelemente der Wellenkupplung gegeben. Durch die Erfindung lässt sich auch eine Blindmonta- ge der Einzelelemente durchführen, wobei als Blindmontage eine Montage bezeichnet wird, bei der die zu montierenden Teile in der zu montierenden Lage nicht zugänglich zu sein brauchen, beispielsweise um die Montage durch Augenschein zu überprüfen .
Die klauenartigen Elemente 7, 8 sind somit unterschiedlich ausgebildet, derart, dass sie mit den unterschiedlichen ausgestalteten Armen 12, 13 der Quernut 11 nur in einer vorbestimmten Position montierbar sind und damit eine ordnungsge- mäße Übertragung von Drehzahl und/oder Drehwinkel und/oder Lage der Motorwelle 1 gestattet.
Motorwelle 1 und Geberwelle 6 sind mit ihren jeweiligen Endabschnitten 2,5 durch geeignete Übertragungsmittel, z.B. Passfedern verbunden. Alternativ bilden die Endabschnitte 2, 5 mit ihren Wellen eine einstückige Einheit, sind somit aus einem Material, so dass spezielle Übertragungsmittel von den Wellen zu ihren jeweiligen Endabschnitten 2, 5 nicht notwendig sind. Damit sind die Konturen der Endabschnitte 2, 5 di- rekt in die Enden der Motorwelle 1 und/oder der Geberwelle 6 eingearbeitet .
Des Weiteren kann in oder auf die Welle von Elektromotor 16 und/oder Geber 6 die Endabschnitte 2, 5 eingespritzt bzw. aufgespritzt werden. Als mögliche geometrische Formen eignen sich z.B. Vielzahn- oder Vielkantgeometrien .
Um eine Fehlmontage bei einer derartigen Wellenkupplung zu vermeiden sind auch optischen Markierungen an den klauenarti- gen Elementen 7, 8 und den dazugehörigen Armen 12, 13 möglich, die als Farbmarkierungen, Kerben, Punkte oder anderen optischen Merkmalen ausgeführt sind. Der erfinderische Grundgedanke einer verstecksicheren Montage einer Wellenkupplung lässt sich auch auf andere Wellenkupplungen mit mehreren Quernuten und/oder radial verlaufenden Nuten am Drehmomentübertragungselement 9 anwenden.
Die Erfindung ist nicht auf Wellenkupplungen mit nur einem Drehmomentübertragungselement begrenzt, es sind ebenso mehrere axial hintereinander angeordnete und ineinander greifende Drehmomentübertragungselement 9 vorstellbar. Dabei ist der Übergang zu den jeweiligen Wellenenden erfindungsgemäß ausgestattet .
Die erfindungsgemäße Wellenkupplung wird u.a. bei Werkzeugmaschinen, Druckmaschinen, Robotern, Textilmaschinen und HoIz- bearbeitungsmaschinen bevorzugt eingesetzt, um eine schwingungsfreie Drehmomentübertragung mit vergleichsweise hoher Dämpfung auf den Geber zu erhalten.

Claims

Patentansprüche
1. Wellenkupplung zur Ankopplung eines Geber (15) an eine e- lektrische Maschine, insbesondere an einen Elektromotor (16), wobei ein Endabschnitt (5) einer Geberwelle (6) und ein Endabschnitt (2) einer Motorwelle (1) gegenüberliegend angeordnet sind und zumindest ein Drehmomentübertragungselement (9) zwischen den Endabschnitten (5) der Geberwelle (6) und der Motorwelle (1) angeordnet ist, wobei das Drehmomentübertra- gungselement (9) an seinen Stirnseiten jeweils eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende Quernut (10,11) aufweist, wobei klauenartige Elemente (3,4,7,8) der Endabschnitte (2,5) von Motorwelle (1) und Geberwelle (6) mit den Quernuten (10,11) des Drehmomentübertragungselements (9) derart im zu- sammengebauten Zustand korrespondieren, dass eine Drehmomentübertragung von der Motorwelle (1) an den Geber (15) stattfindet, die sowohl Radial-, Axialversätze als auch Winkelversätze von Motor- und Geberwelle ausgleicht, wobei Quernuten (10,11) und klauenartige Elemente (3,4,7,8) der jeweiligen Endabschnitte (2,5) derartige Mittel aufweisen, dass eine fehlerhafte Montage der Geberwelle (6) auf das Drehmomentübertragungselement (5) ausgeschlossen ist.
2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass die Quernuten (10,11) am
Drehmomentübertragungselement (5) senkrecht zueinander angeordnet sind.
3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass am Drehmomentübertragungselement (5) und am Endabschnitt (5) der Geberwelle (6) Markierungen vorhanden sind.
4. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die links- und rechtsseitigen klauenartigen Elemente (7,8) des Endabschnitts (5) der Geberwelle (6) verschiedenartig ausgeführt sind, so dass sie nur mit einem vorgegebenen Arm (12,13) der Quernut (11) der jeweils dementsprechend gestalteten Stirnseite des Drehmomentübertragungselements (9) formschlüssig verbindbar sind.
5. Wellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Endabschnitte (2,5) mit ihren Wellen (1,6) einstückig verbunden sind.
6. Verwendung einer Wellenkupplung an einem der Ansprüche 1 bis 5 bei elektrischen Maschinen.
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