DE69325864T2

DE69325864T2 - Verbindung einer Welle in einer Bohrung

Info

Publication number: DE69325864T2
Application number: DE69325864T
Authority: DE
Inventors: David Makin; Peter Alan Morelli; Kym Farrand Taylor
Original assignee: David Brown Engineering Ltd
Current assignee: Clyde Union DB Ltd
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2013-06-05
Also published as: BR9303714A; EP0588468A3; CA2101362C; US5688070A; EP0588468B1; EP0588468A2; CN1093442A; DE69332896T2; EP0866235A3; JP3365829B2; EP0866235A2; DE69325864D1; ZA936608B; ATE182965T1; ATE237756T1; CN1084851C; JPH0763225A; GB9219091D0; DE69332896D1; CA2101362A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine unitäre Komponente für die Antriebsverbindung einer Welle mit einer Bohrung eines Bauelementes.
Sie ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, relevant für die Flanschmontage von Elektromotoren bei ab Lager lieferbaren Getriebeaggregaten. Es ist/üblich, daß die Käufer solcher Aggregate sie mit Motoren verschiedener Größe zusammenbauen, um sie an verschiedene Übersetzungsverhältnisse anzupassen, die dadurch zur Verfügung stehen, daß man unterschiedliche Getriebezahnräder in demselben Getriebegehäuse unterbringt, und diese Motoren haben häufig unterschiedliche Abmessungen bei den Antriebswellen. Das Eingangszahnrad eines solchen Aggregats steht in Antriebsverbindung mit einer Stahlnabe, die in Lagern in dem Getriebegehäuse montiert ist und eine Bohrung mit einer herkömmlichen Keilnut von rechteckigem Querschnitt für die Aufnahme der Antriebswelle des Motors hat. Dann, wenn die Antriebswelle des Motors nominell denselben Durchmesser wie die Bohrung hat, werden sie zum Antrieb mit Hilfe eines herkömmlichen Stahlkeils miteinander verbunden. Dann, wenn, wie dies häufig vorkommt, die Antriebswelle einen kleineren Durchmesser als die Bohrung hat, wird eine geschlitzte Nylon-Muffe eingesetzt, um den ringförmigen Raum zwischen diesen auszufüllen, und sie werden zwecks Antrieb mit Hilfe eines Stahlkeils miteinander verbunden, der eine größere Höhe als normal hat und durch den Schlitz in dieser Muffe hindurchreicht. Als Folge der Reibkorrosion, die zwischen gleichen Materialien, die in Antriebsverbindung miteinander stehen, dadurch auftritt, als Folge der Tendenz eines Keils mit einer größeren als der normalen Höhe, daß er durch das über ihn übertragene Moment übergekippt wird und wegen der axialen Fehlausrichtung der Welle und der Muffe als Folge der Tatsache, daß die Montageflansche des Motors und des Getriebes häufig nicht miteinander fluchten, sind Ausfälle des Keils oder der Lagerung in dem Getriebe nicht unüblich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, dieses Problem zu vermeiden.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird für eine unitäre Komponente zur Verwendung für eine Antriebsverbindung einer Welle, in der eine herkömmliche Keilnut mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist, mit einer Bohrung in einem Teil gesorgt, wobei die Bohrung einen größeren Durchmesser als die Welle aufweist und die Komponente eine Muffe, die für einen Sitz zwischen der Welle und der Bohrung eingerichtet ist und eine Einrichtung auf der Innenfläche der Muffe umfaßt, die eine Antriebsverbindung derselben mit der Keilnut einer Welle zuläßt und gekennzeichnet ist durch eine längliche integrale Keilfeder mit gekrümmtem Querschnitt, die in Längsrichtung entlang der Außenfläche der Muffe ausgebildet und dazu geeignet ist, mit einer länglichen Keilnut mit entsprechendem gekrümmtem Querschnitt, die in der Bohrung ausgebildet ist, in Eingriff zu treten.
Vorzugsweise weist die Einrichtung, die eine antreibbare Verbindung mit der Keilnut der Welle ermöglicht, eine Keilnut auf, die am Innenumfang der Muffe ausgebildet ist und denselben rechteckigen Querschnitt aufweist wie die Keilnut in der Welle, wobei die Keilnuten so ausgelegt sind, daß sie über eine getrennte Keilfeder mit rechteckigem Querschnitt miteinander in Antriebsverbindung gebracht werden können.
Vorzugsweise liegen die Mittellinien der auf dem Außenumfang der Muffe ausgebildeten Keilfeder und der auf dem Innenumfang der Muffe ausgebildeten Keilnut auf demselben Radius der Muffe, wobei die Keilfeder in Umfangsrichtung breiter ist als die Keilnut.
Vorzugsweise ist die Muffe in Längsrichtung geschlitzt.
Vorzugsweise ist die Muffe in Längsrichtung an einem Funkt, der dem Radius diametral gegenüberliegt, geschlitzt.
Vorzugsweise ist die unitäre Komponente aus biegsamem verstärktem Kunststoff gebildet.
Solche Werkstoffe können aus glasgefülltem Nylon gebildet sein.
Vorzugsweise weist die Muffe eine Vielzahl von kleinen, in Längsrichtung verlaufenden und in Umfangsrichtung voneinander entfernt angeordneten Rippen auf, die auf ihrem Außenumfang ausgebildet sind, um Fertigungstoleranzen aufzunehmen.
Die unitäre Komponente kann aus einem gesinterten Nichteisenmetall gebildet sein.
Das Metall ist vorzugsweise Phosphorbronze.
Vorzugsweise weist die Muffe an einem Ende einen nach innen vorstehenden Flansch auf, der dazu geeignet ist, mit einem blinden Ende der Bohrung und mit dem benachbarten Ende der Welle in Eingriff zu treten.
Die unitäre Komponente kann aus einem extrudierten Profil bestehen.
Die vorliegende Erfindung wird jetzt nur in der Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei denen:
Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Getriebes und eines Teils des Flansches eines Elektromotors ist, der an seinem linken Ende montiert ist;
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht eines ähnlichen Getriebes und von Teilen von zwei verschiedenen Elektromotoren ist, die mit Hilfe von Flanschen oberhalb beziehungsweise unterhalb der Eingangs-Mittellinie an seinem linken Ende montiert sind;
Fig. 3 eine Endansicht einer Eingangsmuffe in größerem Maßstab ist, die einen Bestandteil des in Fig. 2 gezeigten Getriebes bildet;
Fig. 4 ein Schnitt in einem größeren Maßstab einer Form einer unitären Komponente für eine antreibende Verbindung der Antriebswelle des Motors mit einer Eingangsmuffe ist, die einen Bestandteil des in Fig. 1 gezeigten Getriebes bildet, die der Erfindung nicht entspricht;
Fig. 5 eine Endansicht in einem größeren Maßstab einer unitären Komponente entsprechend der Erfindung ist, um die Antriebswelle des gezeigten Motors unter der Eingangs-Mittellinie mit der Eingangsmuffe der in Fig. 2 gezeigten Getriebeeinheit antreibend zu verbinden; und
Fig. 6a bis 6g schematisch drei unserer verschiedenen Größenbereiche zeigen, die beide Formen von unitären Komponenten umfassen. Fig. 6b, 6d, 6e, 6h und 6g zeigen Ausführungsformen, die nicht der Erfindung entsprechen.
Nehmen wir jetzt Bezug auf die Zeichnungen, so ist ein unitäres Hauptgehäuse 10 des in Fig. 1 gezeigten doppelten Untersetzungsgetriebes im wesentlichen dasselbe, wie ein unitäres Hauptgehäuse 110 des in Fig. 2 gezeigten doppelten Untersetzungsgetriebes, wobei der einzige Unterschied ist, daß das Hauptgehäuse 10 so ausgelegt ist, daß es auf Füßen 12 steht, wohingegen das Haupt gehäuse 110 so ausgelegt ist, daß es mit Hilfe eines Flansches 112 montiert wird. Das Hauptgehäuse 10 hat eine innenliegende Versteifung 14, und mit Hilfe von (nicht gezeigten) Madenschrauben ist eine Endplatte 16 mit einem Lagergehäuse 18 und einem Motor-Montageflansch 20 daran befestigt. Eine Stahlmuffe 22, die in Lagern 24 in dem Gehäuse 18 montiert ist, hat ein Eingangsritzel 26, das antreibbar damit mit Hilfe geeigneter Mittel, wie beispielsweise durch Einpressen, einen Kleber, einen Keil, Splinte oder eine Kerbverzahnung, verbunden ist. Das Eingangsritzel 26 kämmt mit einem Getrieberad 28, das starr an einer Zwischenwelle 30 befestigt ist, die in Lagern 32 in dem Hauptgehäuse 10 montiert ist, und ein Ritzel 34, das untrennbar mit der Zwischenwelle 30 verbunden ist, kämmt mit einem Ausgangs-Getrieberad 36, das starr an einer Ausgangswelle 38 befestigt ist, die in Lagern 40 in dem Hauptgehäuse 10 so befestigt ist, daß sie koaxial zu der Muffe 22 und dem Ritzel 26 liegt.
Die in Fig. 2 gezeigte Getriebeeinheit hat Teile, die jenen der in Fig. 1 gezeigten Getriebeeinheit entsprechen, und diese werden durch dieselben Bezugszahlen mit vorgestellter 1 gekennzeichnet. So wird beispielsweise die Ausgangswelle in Fig. 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 Getrieberäder 26 und 36 einen größeren Teilkreisdurchmesser als die Getrieberäder 126 und 136 haben, so daß die Drehzahluntersetzung der in Fig. 1 gezeigten Getriebeeinheit beträchtlich größer als die der in Fig. 2 gezeigten Getriebeeinheit ist.
Infolgedessen erfordert die in Fig. 1 gezeigte Getriebeeinheit einen verhältnismäßig kleinen Elektromotor 42 mit einer dünnen Antriebswelle 44, welche bei der veranschaulichten Ausführungsform denselben nominellen Durchmesser wie eine Bohrung 46 in dem von dem Ritzel 26 entferntliegenden Ende hat. Die Antriebswelle 44 hat eine herkömmliche Keilnut 48 von rechteckigem Querschnitt und ist antreibbar mit der Bohrung 46 mit Hilfe einer unitären Komponente 50 (siehe Fig. 4) verbunden, die nicht der Erfindung entspricht und dadurch hergestellt worden ist, daß man eine zutreffende Länge von einem extrudierten Profil aus biegsamem verstärkten Kunststoff abschneidet, der durch ein zu 30 bis 40 Prozent mit Glas gefülltem Nylon besteht. Die Komponente 50 hat einen damit fest verbundenen Keil 52 mit demselben rechteckigen Querschnitt wie die Keilnut 48, um darin antreibbar eingreifen zu können, wobei dieser Keil abgefasste Kanten 54 hat und einen damit fest verbundenen Keil 56 mit gekrümmtem Querschnitt für einen Eingriff in eine Keilnut (die nicht speziell gezeigt wird, aber der Keilnut 176 in Fig. 3 ähnlich ist, auf die im Nachstehenden Bezug genommen wird) von entsprechend gekrümmtem Querschnitt, die in der Bohrung 46 ausgebildet ist. Der Keil 56 ist über den Umfang breiter als der Keil 52, und jene Flächen 58 des Keils 56, welche dazu ausgelegt sind, daß sie über dem Umfang der Antriebswelle 44 liegen, haben eine konkave Form, die der entsprechenden konvexen Form dieses Umfangs entspricht, um auf diese Weise der Komponente 50 eine maximale Unterstützung gegenüber einem Überkippen durch das übertragene Drehmoment zu geben. Hinterschneidungen 60 sind da vorgesehen, wo die Flächen 58 sich mit dem Keil 52 vereinigen, um sicherzustellen, daß diese Flächen einen unbehinderten Kontakt mit dem Umfang der Antriebswelle 44 herstellen. Die Komponente 50 aus biegsamem Kunststoff beugt einer Reibkorrosion an dem Übergang Motor/Getriebeeinheit vor und nimmt Fehlausrichtungen als Folge der Tatsache auf, daß die Montageflansche 20 an der Getriebeeinheit und dem Elektromotor 42 nicht exakt miteinander fluchten.
Die in Fig. 2 gezeigte Getriebeeinheit kann durch mehrere verschiedene größere Elektromotoren angetrieben werden. Zwei solche teilweise veranschaulichten Motoren 142 und 143 haben unterschiedliche Abmessungen und auch unterschiedliche Größen von Antriebswellen 144 und 145, von denen jede einen unterschiedlich kleineren Durchmesser als eine Bohrung 146 in jenem Ende der Muffe 122 hat, das von dem Ritzel 126 entferntliegt. Die Wellen 144 und 145 haben herkömmliche Keilnuten 148 und 149 von unterschiedlicher Größe. Die unterschiedlichen Abmessungen der Moto ren 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 Komponenten 162 und 163 verbunden, welche mit Ausnahme der Dimensionen identisch sind. Als Beispiel wird jetzt die in Fig. 5 gezeigte Komponente 162 detailliert beschrieben. Sie wird aus gegossenem biegsamem verstärktem Kunststoff gebildet, das aus zu 30 bis 40 Prozent mit Glas gefülltem Nylon besteht. Die Komponente 162 hat eine Muffe 164, die so ausgelegt ist, daß sie zwischen die Welle 144 und die Bohrung 146 paßt, wobei diese Muffe einen nach innen vorstehenden Flansch 166 an einem Ende hat, der so ausgelegt ist, daß er zwischen ein blindes Ende der Bohrung 146 und ein angrenzendes Ende der Welle 144 eingreift. Die Muffe 164 hat eine Vielzahl von kleinen in Längsrichtung verlaufenden und in Umfangsrichtung voneinander entfernt angeordneten Rippen 168, die auf ihrem Außenumfang ausgebildet sind, um Fertigungstoleranzen aufzunehmen. Eine Keilnut 170, die denselben rechteckigen Querschnitt hat, wie die Keilnut 148, ist in dem Innenumfang der Muffe 164 ausgebildet, und sowohl dieser Innenumfang, als auch die Keilnut 170 haben eine Abfassung 172 an jenem Ende, das von dem Flansch 166 entfernt ist. Die Muffe 164 hat auch einen untrennbar damit verbundenen Keil 174 von gekrümmtem Querschnitt, der auf ihrem Außenumfang ausgebildet und so ausgelegt ist, daß er in eine Keilnut 176 (siehe Fig. 3) von entsprechend gekrümmtem Querschnitt eingreift, die in der Bohrung 146 ausgebildet ist. Die Keilnuten 148 und 170 sind so ausgelegt, daß sie antreibbar durch einen herkömmlichen Stahlkeil 171 von rechteckigem Querschnitt miteinander verbunden werden können, der in gestrichelten Linien gezeigt wird. Die Mittellinien des Keils 174 und der Keilnut 170 liegen auf demselben Radius der Muffe 164, und der Keil 174 ist über den Umfang breiter, als die Keilnut 170, um trotz ihrer Nähe zueinander eine angemessene Festigkeit aufrechtzuerhalten. Die Komponente aus biegsamem Kunststoff 162 funktioniert im Prinzip genauso, wie die im Vorstehenden beschriebene davon verschiedene Komponente 50 und beugt in gleicher Weise einer Reibkorrosion am Übergang Motor/Getriebeeinheit vor und nimmt irgendwelche Fehlausrichtungen auf, die die Folge der Tatsache sind, daß der Montageflansch 120 an der Getriebeeinheit und derjenige an dem Elektromotor 142 nicht miteinander fluchten.
Bei einer Modifikation der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die Muffe 164 in Längsrichtung, wie bei 165 in unterbrochenen Linien gezeigt, an einem Punkt geschlitzt, der dem Radius diametral gegenüberliegt, auf welchem die Mittellinien des Keils 174 und der Keilnut 170 liegen, um die Flexibilität der Komponente 162 zu erhöhen. Bei einer anderen Modifikation dieser Ausführungsform ist der Flansch 166 weggelassen, und die Komponente 162 kann dann dadurch hergestellt werden, daß man eine entsprechende Länge von einem extrudierten Profil aus biegsamem verstärktem Kunststoff abschneidet.
Bei einer Modifikation der in Fig. 4 (nicht der Erfindung entsprechend) und Fig. 5 (der Erfindung entsprechend) gezeigten Ausführungsformen können die Komponenten 50 und 162 aus einem gesinterten Nichteisenmetall hergestellt werden, das aus Phosphorbronze besteht.
Dies beugt in gleicher Weise dem Problem der Reibkorrosion an dem Übergang Motor/Getriebeeinheit vor, liefert aber nur schätzungsweise 10 Prozent der Flexibilität der Komponenten aus verstärktem Kunststoff und ist kostenaufwendiger.
Bezeichnenderweise erfordern unterschiedliche Größen von Getriebeeinheiten, die unterschiedliche Größen von Stahlmuffen, wie beispielsweise 22 und 122 haben, die antreibbar mit ihren Eingangsritzeln verbunden sind, entsprechende Größenbereiche solcher Komponenten, wie 50 und 150. Ein solcher Bereich wird in Fig. 6a und 6b gezeigt, wobei bei der ersteren Figur eine Stahlmuffe mit geringer Bohrungsgröße antreibbar mit einer Motorwelle, die nominell denselben Durchmesser wie jene Bohrung hat, mit Hilfe einer muffenlosen Komponente, wie beispielsweise 50, die nicht der Erfindung entspricht, verbunden wird, und bei der zweiten Figur eine Stahlmuffe von derselben Bohrungsgröße antreibbar mit einer Motorwelle von kleinerem Durchmesser als dem dieser Bohrung mit Hilfe einer Komponente in Muffenausführung entsprechend der Erfindung, wie beispielsweise 162 und eines herkömmlichen Stahlkeils, wie beispielsweise 171 verbunden wird. Ein zweiter, dazwischenliegender Größenbereich wird in Fig. 6c bis 6e gezeigt, und ein dritter, größerer, Bereich wird in Fig. 6f bis 6h gezeigt. Wir sind der Ansicht, daß die Zeichnungen, auf die in diesem Absatz Bezug genommen wird, angesichts der vorangegangenen Beschreibung selbsterklärend sind und lediglich aufgenommen sind, um die möglichen Größenbereiche zu demonstrieren.
Diese Erfindung ist allgemein auf die Antriebsverbindung einer Welle mit einer Bohrung eines Bauelementes bei jeder Art von Mechanismus 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.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der vorstehenden Ausführungsform(en) beschränkt.

Claims

1. Unitäre Komponente (162, 163) zur Verwendung für eine Antriebsverbindung einer Welle (144, 145), in der eine herkömmliche Keilnut (148, 149) mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist, mit einer Bohrung (146) in einem Teil (122), wobei die Bohrung (146) einen größeren Durchmesser als die Welle aufweist und die Komponente (162, 163) eine Muffe (164), die für einen Sitz zwischen der Welle und der Bohrung eingerichtet ist, und eine Einrichtung (170) auf der Innenfläche der Muffe (164) umfaßt, die eine Antriebsverbindung derselben mit der Keilnut in der Welle zuläßt, und gekennzeichnet ist durch eine längliche, integrale Keilfeder (174) mit gekrümmtem Querschnitt, die in Längsrichtung entlang der Außenfläche der Muffe ausgebildet und dazu geeignet ist, mit einer länglichen Keilnut (176) mit entsprechendem gekrümmtem Querschnitt, die in der Bohrung (146) ausgebildet ist, in Eingriff zu treten.

2. Unitäre Komponente nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung (170), die eine antreibbare Verbindung mit der Keilnut in der Welle ermöglicht, eine Keilnut (170) aufweist, die am Innenumfang der Muffe (164) ausgebildet ist und denselben rechteckigen Querschnitt aufweist wie die Keilnut (148, 149) in der Welle, wobei die Keilnuten so ausgelegt sind, daß sie über eine getrennte Keilfeder (171) mit rechteckigem Querschnitt miteinander in Antriebsverbindung gebracht werden können.

3. Unitäre Komponente nach Anspruch 2, bei der die Mittellinien der auf dem Außenumfang der Muffe (164) ausgebildeten Keilfeder (174) und der auf dem Innenumfang der Muffe ausgebildeten Keilnut (170) auf demselben Radius der Muffe (164) liegen, wobei die Keilfeder (174) in Umfangsrichtung breiter ist als die Keilnut (170).

4. Komponente nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei der die Muffe (164) in Längsrichtung geschlitzt ist.

5. Komponente nach Anspruch 3, bei der die Muffe (164) an einem Punkt (165), der dem Radius diametral gegenüberliegt, geschlitzt ist.

6. Unitäre Komponente nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, die aus biegsamem, verstärktem Kunststoff gebildet ist.

7. Unitäre Komponente nach Anspruch 6, die aus glasgefülltem Nylon gebildet ist.

8. Unitäre Komponente nach einem der Ansprüche 6 bis 7, bei der die Muffe eine Vielzahl von kleinen, in Längsrichtung verlaufenden und in Umfangsrichtung voneinander entfernt angeordneten Rippen (168) aufweist, die auf ihrem Außenumfang ausgebildet sind, um Fertigungstoleranzen aufzunehmen.

9. Unitäre Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die aus gesintertem Nichteisenmetall gebildet ist.

10. Unitäre Komponente nach Anspruch 9, die aus Phosphorbronze gebildet ist.

11. Unitäre Komponente nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei der die Muffe (164) an einem Ende einen nach innen vorstehenden Flansch (166) aufweist, der dazu geeignet ist, mit einem blinden Ende der Bohrung (146) und mit dem benachbarten Ende der Welle (144, 145) in Eingriff zu treten.

12. Unitäre Komponente nach einem der Ansprüche 6 bis 8, die aus einem extrudierten Profil besteht.